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科學家揭示土壤微生物碳利用效率對溫度的非線性響應及其對土壤有機碳變化的影響
作者：田瑞穎      來源：中國科學報
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近日，中國科學院地理科學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及其對土壤有機碳變化的影響。相關研究成果發(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，也是生物地球化學循環(huán)模型中的關鍵參數(shù)，對于理解SOC對氣候變化的響應具有重要指示意義。熱適應性理論認為，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，目前學術界尚不清楚在較大的空間尺度上CUE的溫度響應特征及其對土壤有機碳變化的影響。
針對這一關鍵問題，余開亮、汪金松等聯(lián)合中國農(nóng)業(yè)科學院、蘭州大學、西北農(nóng)林科技大學以及美國、歐洲等國家和地區(qū)的全球變化領域科研人員開展了全球土壤微生物CUE的溫度響應研究。
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代入生物地球化學循環(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，微生物分解模型預測得出：微生物的生長速率加快，導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)模型通常假設溫度、微生物碳利用效率、SOC之間的關系是線性的，但這項研究表明，如果不考慮CUE對溫度的非線性響應，氣候變化對未來土壤碳的預測可能會被大大低估。因此，研究人員認為，未來生物地球化學循環(huán)模型需考慮微生物CUE對溫度的非線性響應，以提高土壤碳—氣候變化反饋關系的預測精度。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-57900-9
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