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科學(xué)家揭示土壤微生物碳利用效率對溫度的非線性響應(yīng)及其對土壤有機碳變化的影響
作者：田瑞穎      來源：中國科學(xué)報
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近日，中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所研究員余開亮、副研究員汪金松等與合作者揭示了土壤微生物碳利用效率對溫度的非線性響應(yīng)及其對土壤有機碳變化的影響。相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然—通訊》。
微生物碳利用效率（CUE）是衡量土壤有機碳（SOC）積累和損失的重要指標，也是生物地球化學(xué)循環(huán)模型中的關(guān)鍵參數(shù)，對于理解SOC對氣候變化的響應(yīng)具有重要指示意義。熱適應(yīng)性理論認為，土壤單位微生物量呼吸在較高的溫度下通常較低，據(jù)此推斷，CUE可能隨著空間上溫度升高或者長期增溫而增加。然而，目前學(xué)術(shù)界尚不清楚在較大的空間尺度上CUE的溫度響應(yīng)特征及其對土壤有機碳變化的影響。
針對這一關(guān)鍵問題，余開亮、汪金松等聯(lián)合中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院、蘭州大學(xué)、西北農(nóng)林科技大學(xué)以及美國、歐洲等國家和地區(qū)的全球變化領(lǐng)域科研人員開展了全球土壤微生物CUE的溫度響應(yīng)研究。
通過整合全球表層土壤CUE數(shù)據(jù)，并結(jié)合兩個全球微生物呼吸數(shù)據(jù)集，研究人員發(fā)現(xiàn)，微生物CUE和呼吸速率對溫度的響應(yīng)存在閾值，當年均氣溫（MAT）超過約15°C時，微生物CUE顯著增加。
當科研人員進一步將CUE對溫度的這種非線性響應(yīng)代入生物地球化學(xué)循環(huán)模型，并比較了一階SOC分解模型和融入微生物生理特征、群落結(jié)構(gòu)信息的微生物分解模型對SOC響應(yīng)氣候變暖的差異后，他們發(fā)現(xiàn)，當MAT超過15°C，微生物分解模型預(yù)測得出：微生物的生長速率加快，導(dǎo)致微生物生物量增加，酶活性增強，并伴隨更高的總異養(yǎng)呼吸，進而加速土壤有機碳的分解，而一階分解模型則得出相反結(jié)論。
該研究結(jié)果提高了對現(xiàn)有土壤碳動態(tài)模型的認知。傳統(tǒng)模型通常假設(shè)溫度、微生物碳利用效率、SOC之間的關(guān)系是線性的，但這項研究表明，如果不考慮CUE對溫度的非線性響應(yīng)，氣候變化對未來土壤碳的預(yù)測可能會被大大低估。因此，研究人員認為，未來生物地球化學(xué)循環(huán)模型需考慮微生物CUE對溫度的非線性響應(yīng)，以提高土壤碳—氣候變化反饋關(guān)系的預(yù)測精度。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-57900-9
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