南极臭氧层空洞的恢复是全球环境治理的重要成功案例。随着臭氧层逐步修复，到达南极地表的紫外辐射正在减少，这通常被认为有助于减轻紫外线对生物组织的损伤，改善生态系统稳定性。然而，对于长期适应强紫外环境的南极苔原来说，紫外辐射减少是否一定是“好事”，仍缺乏直接的野外证据。
近日，中国科学院大气物理研究所徐希燕研究员和包韬副研究员联合中国科学技术大学朱仁斌教授等人，基于南极阿德利岛的野外原位模拟实验，揭示了臭氧层恢复背景下紫外辐射减少对南极苔原碳循环的潜在影响。研究成果发表在 Atmospheric and Oceanic Science Letters 上，题为 “Ozone layer recovery weakens the Antarctic tundra carbon sink”。
图：南极苔原景观（作者：包韬，拍摄时间：2015年2月17日）
南极苔原虽然植被稀疏，却是南极陆地生态系统的重要组成部分。这里的苔藓、地衣和土壤微生物长期暴露在强紫外环境中，对光照、温度、营养输入等环境变化十分敏感。过去有关南极苔原碳循环的研究多关注气温升高和降水变化，而紫外辐射下降对碳吸收和碳释放的影响仍不清楚。
为回答这一问题，研究团队对南极西部阿德利岛的两类典型苔原区开展了现场模拟实验：一类是较少受海洋动物影响的西部低地苔原，主要由苔藓和地衣组成；另一类是受企鹅活动影响较强的东部低地苔原，土壤中含有更多来自企鹅的有机碳和氮输入。研究人员利用不同厚度的紫外线过滤膜，分别模拟地表紫外辐射降低约20%和50%的情景，并同步测定净生态系统碳交换、总初级生产力和生态系统呼吸。
研究发现，紫外辐射减少显著削弱了南极苔原的碳汇功能。当紫外辐射降低约20%时，苔原碳汇能力减少约一半；当紫外辐射降低约50%时，碳汇能力下降约80%，在部分观测时期甚至出现由碳汇转为碳源的迹象。“我们通常认为，臭氧层恢复带来的紫外辐射下降会减轻生态系统胁迫，但南极苔原的响应比预期更加复杂。”通讯作者徐希燕研究员表示，“对于长期适应强紫外环境的苔藓、地衣和土壤微生物来说，紫外辐射变化不仅影响生物损伤，也会改变光合作用、微生物分解和生态系统碳收支。”
图：原位模拟紫外辐射降低显著削弱南极苔原碳汇，并通过降低GPP和增强Re共同改变CO2通量。
研究进一步表明，不同苔原类型对紫外辐射减少的响应机制并不相同。在较少受企鹅活动影响的西部低地苔原，碳汇减弱主要由光合作用下降驱动。苔藓和地衣长期适应南极强紫外环境，当紫外辐射减少后，其保护性色素合成、光能利用和碳固定过程可能发生变化，从而降低生态系统吸收二氧化碳的能力。而在受企鹅活动影响较强的东部低地苔原，碳汇减弱主要与生态系统呼吸增强有关。企鹅活动会向土壤输入大量有机质和氮素，为微生物分解提供充足底物。在紫外辐射压力降低后，微生物活动可能增强，进而加速有机质分解并释放更多二氧化碳。
“企鹅来源的营养输入使这些苔原土壤具有较高的生物活性。”第一作者包韬副研究员表示，“在紫外辐射降低的背景下，这种营养丰富的环境可能会放大生态系统呼吸造成的碳损失。”该研究提示，臭氧层恢复不仅意味着紫外伤害减少，也可能通过影响植物—微生物相互作用改变南极苔原碳循环。未来，研究团队将进一步结合长期野外观测和模型模拟，评估紫外辐射变化、企鹅活动和气候变暖共同作用下南极苔原碳汇功能的变化趋势。
文章信息：
Bao, T., Xu, X.Y., Jia, G.S., Ma, D.W., Ye, W.J., Xu, H., Zhu, R.B., 2026: Ozone layer recovery weakens the Antarctic tundra carbon sink. Atmospheric and Oceanic Science Letters,100872, https://doi.org/10.1016/j.aosl.2026.100872.
