氣候變暖已是不爭的事實。土壤碳庫是地球陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫。對于大氣，土壤可以是碳源，土壤中釋放的二氧化碳濃度對氣候變暖具有重要影響；土壤也可以是碳匯，土壤固碳被認為是實現(xiàn)碳中和的有效途徑之一。由于缺乏對深層(30 cm以下土層)土壤有機碳對氣候變暖響應的認識，學術界對未來氣候變暖下土壤有機碳庫動態(tài)變化的預測還存在較大不確定性。微生物碳利用效率(CUE)描述了代謝碳在微生物生物量和呼吸之間的分配。較高的微生物碳利用效率有利于土壤有機碳的存儲。因此，量化微生物碳利用效率對氣候變暖的響應對于評估土壤有機碳庫的動態(tài)變化至關重要。

北京大學城市與環(huán)境學院朱彪研究組通過在青海海北高寒草地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站建立全球首個草地全土壤剖面增溫控制實驗平臺，利用18O-H2O方法測定了微生物碳利用效率，揭示了微生物碳利用效率在全土壤剖面增溫下的變化模式，并發(fā)現(xiàn)了調(diào)控微生物碳利用效率變化的新機制。研究表明，短期增溫不會顯著改變表層或深層土壤微生物碳利用效率，但微生物碳利用效率沿土壤剖面逐漸降低。與以往的認識不同，碳有效性是調(diào)控微生物碳利用效率對全土壤剖面增溫響應的關鍵因子。本研究為準確預測氣候變暖背景下全剖面土壤有機碳庫的動態(tài)變化奠定了理論基礎。

該研究成果以“Whole-soil-profile warming does not change microbial carbon use efficiency in surface and deep soils”為題于2023年7月31日在線發(fā)表于PNAS期刊上。北京大學朱彪研究員為通訊作者，原博雅博士后張秋芳為第一作者(現(xiàn)在福建師范大學工作)，其它合作作者還包括北京大學博士生秦文寬、博士后馮繼廣和李曉杰、中國科學院西北高原生物研究所張振華研究員、北京大學/蘭州大學賀金生教授和美國加州大學圣芭芭拉分校Joshua P. Schimel教授。本研究受到國家自然科學基金(42141006、32101330和31988102)和中國博士后科學基金項目(2021M690217)的資助。

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圖(a)微生物碳利用效率在全土壤剖面增溫下的變化模式。(b)全土壤剖面增溫對微生物碳利用效率影響的概念圖。