这一发现对碳管理的一项关键战略具有启示意义，该战略依赖土壤和森林——天然的碳“汇”——来缓解全球变暖。

全球约25%的碳排放被森林、草原和牧场捕获。在光合作用过程中，植物将碳储存在细胞壁和土壤中。由于过去几十年丰富的碳储存，土壤的碳含量是大气的两倍，而较深的底土(超过8英寸或20厘米)约占土壤碳的一半。但随着全球人口的增长，我们对新农田和木材的需求也在增加。研究表明，为了商业而扰乱自然界是有代价的:联合国政府间气候变化专门委员会警告说，森林砍伐和农业排放的温室气体约占全球温室气体的五分之一。

“我们的研究表明，气候变化将影响土壤碳和养分循环的各个方面。它还表明，在碳封存方面，没有灵丹妙药。伯克利实验室地球与环境科学领域的资深科学家、该研究的资深作者玛格丽特·托恩说:“如果我们希望土壤在变暖的世界中保持碳封存，我们将需要更好的土壤管理措施，这意味着在森林管理和农业过程中对土壤的干扰最小。”

2021年，托恩和她的研究团队提供了第一个物理证据，表明气温升高导致森林深处土壤中储存的碳储量大幅下降——五年内减少了33%。

在这项新研究中，托恩和苏黎世大学的第一作者西里尔·佐索(Cyrill Zosso)更清晰地揭示了全球变暖中的土壤情况。这一次，研究小组首次证明，温度升高会导致植物在光合作用过程中产生的土壤有机碳化合物显著下降。

在加州大学位于内华达山脉山麓的布洛杰特森林研究站进行的一项实验中，研究人员使用垂直加热棒将1米深(3英尺深)的土壤持续加热4摄氏度(7华氏度)。这是到21世纪末预计的变暖量^圣如果温室气体排放量保持在高水平。

他们发现，在这个温度下仅仅4.5年的变暖就会导致土壤表面以下30厘米(或大约12英寸)深处的碳储量发生巨大变化。

在苏黎世大学的光谱实验中，佐索发现了受气候变暖影响的有机化合物。

结果令人震惊:木质素(使植物坚硬的化合物)减少了17%，角质层和木质素(叶、茎和根中保护植物免受病原体侵害的蜡状化合物)减少了近30%。

托恩和佐索还惊讶地发现，人工加热和未加热的土壤样本中“热原碳”的含量存在显著差异。热原碳是一种土壤有机碳，来自于烧焦的植被和野火后留下的其他有机物残留物。

许多研究人员认为，热原碳最有可能作为一种非常稳定的固碳形式。托尔说:“我们在深层土壤中发现的热原碳在加热时要少得多。”

“热原碳可以在土壤中停留几十年甚至几个世纪，但我们需要了解它对变暖或土地管理变化的脆弱性。我们的研究表明，当土壤变暖时，这种物质的分解速度和其他任何物质一样快，”托恩解释说。“这表明，当你把材料放入土壤深处，与矿物质和微生物接触时，这些自然系统会随着时间的推移分解这些材料。”

研究人员下一步计划从研究中重新取样土壤，以确定9年的变暖如何影响土壤成分和健康。北加州雷耶斯岬国家海岸(Point Reyes National Seashore)的一项新的草地变暖实验也即将展开。托尔说:“我们还在组织世界上所有的深层土壤变暖(或全土壤变暖)实验，分享数据和技术，并对数据进行综合，看看我们能学到什么。”

这项工作得到了美国能源部科学办公室(生物与环境研究办公室)和瑞士国家科学基金会的支持。