全球土壤碳循環(huán)對(duì)氣候變化反饋具有重要影響，其中微生物碳利用效率（CUE）與異養(yǎng)呼吸（Rh）的關(guān)系是預(yù)測(cè)碳儲(chǔ)存的關(guān)鍵。微生物碳利用效率（CUE）?是衡量微生物將吸收的有機(jī)碳轉(zhuǎn)化為自身生物量（生長(zhǎng)）而非呼吸釋放為CO2的關(guān)鍵指標(biāo)。它直接調(diào)控著生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)存與周轉(zhuǎn)：CUE較高時(shí)，微生物能更有效地將碳固定在生物量和土壤有機(jī)質(zhì)中，增強(qiáng)碳匯功能，有助于緩解氣候變化。CUE較低時(shí)，大部分碳通過呼吸釋放回大氣，加速碳循環(huán)，可能加劇溫室效應(yīng)。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為CUE與Rh呈線性負(fù)相關(guān)，但這一假設(shè)在自然生態(tài)系統(tǒng)中的適用性存在爭(zhēng)議（圖1）。

為解決這一爭(zhēng)議，中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境所聯(lián)合國(guó)內(nèi)外學(xué)者，通過整合全球數(shù)據(jù)，采用基于化學(xué)計(jì)量的方法估算CUE（CUEST），編譯了全球1094對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)，覆蓋熱帶至寒帶等多種生態(tài)系統(tǒng)。研究發(fā)現(xiàn)，在低生產(chǎn)力地區(qū)（如干旱和寒冷區(qū)域），CUE隨Rh增加而顯著下降，符合傳統(tǒng)模式；但在高生產(chǎn)力地區(qū)（如熱帶和溫帶），當(dāng)Rh超過每年340克碳/平方米時(shí)，CUE穩(wěn)定在0.27左右，與Rh解耦。這種解耦現(xiàn)象通過地理分布和閾值分析得到驗(yàn)證（圖2）。機(jī)制分析表明，解耦源于微生物的適應(yīng)性策略：在高生產(chǎn)力環(huán)境中，微生物優(yōu)先投資能量獲取限制性養(yǎng)分（如氮和磷），以維持元素平衡，導(dǎo)致碳釋放增加而生長(zhǎng)效率穩(wěn)定。這解釋了為何植被綠化可能加速土壤碳流失，而外源營(yíng)養(yǎng)輸入或許能增強(qiáng)碳封存。

該成果揭示了生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力如何驅(qū)動(dòng)CUE與Rh的非線性關(guān)系，為土壤碳管理提供了新視角。研究強(qiáng)調(diào)，將微生物代謝適應(yīng)性納入模型，可提升全球變化下碳循環(huán)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。成果近期發(fā)表于Science Advances，中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所陳驥研究員為通訊作者，博士后崔勇興為論文第一作者。

Cui, Y., Peng, S., Delgado-Baquerizo, M., Moorhead, D.L., Sinsabaugh, R.L., Terrer, C., Smith, T.P., Kuzyakov, Y., Pe?uelas, J., Zhu, B., Tao, F., Hong, S., Chen, J., Rillig, M.C., 2026. Productivity-driven decoupling of microbial carbon use efficiency and respiration across global soils. Science Advances 12, eadz5319, 10.1126/sciadv.adz5319

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adz5319

圖1.微生物碳利用效率（CUE）與呼吸作用速率（Rh）之間概念框架圖。

圖2. 樣本采集點(diǎn)的地理分布以及微生物碳利用效率與年平均相對(duì)濕度之間的關(guān)系。