清华大学最新Nature

2023-05-26

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土壤微生物在有机碳的形成、保存和损失中起着重要作用。虽然微生物碳利用效率(CUE)有可能作为土壤有机碳(SOC)存储变化的预测因子，但CUE在SOC持久性中的作用仍未得到解决。

2023年5月24日，清华大学黄小猛及美国康奈尔大学Yiqi Luo在Nature在线发表题为“Microbial carbon use efficiency promotes global soil carbon storage”的研究论文，该研究发现微生物碳利用效率能够促进全球土壤碳储存。

土壤有机碳(SOC)的损失可能会加速全球变暖，而将二氧化碳(CO₂)作为有机碳封存在土壤中则有助于减缓气候变化。有机碳是如何在土壤中形成和保存的，人们争论了一个多世纪，至今仍有争议。一个经典的范式强调植物碳输入和土壤有机质分解在驱动有机碳储存和持久性中的作用。植物初级生产速率决定了通过凋落物、根系周转量和渗出物向土壤输送的有机碳量。此外，有机质分解是决定有机碳损失率的主要因素。

为了追踪土壤外部碳源的数量和分解能力，它们的分解速率，空间和时间的变化，以及与复杂的当地环境(例如温度、湿度和土壤矿物基质)的细微相互作用，已经付出了巨大的努力。然而，对这些控制的研究并未导致充分改进SOC存储的量化。全球有机碳储存量及其空间分布的潜在机制在很大程度上仍然未知，这阻碍了陆地生物圈对气候变化反馈的可靠预测。

最近的研究表明，土壤微生物不仅在有机碳的分解过程中起着重要作用，而且在有机碳的形成和持久性方面也起着重要作用。虽然微生物影响土壤有机质积累和损失的途径有很多，但微生物碳利用效率(CUE)是一个综合指标，可以捕捉这些过程的平衡。CUE描述了代谢中碳的微生物分配，即生长与呼吸，因此表达了有机碳积累和损失之间的双重微生物控制点。尽管它有可能作为世界各地SOC存储变化的一个强有力的预测指标，但CUE在SOC持久性中的作用至少在两个方面是不明确的。首先，CUE与SOC储存是正相关还是负相关尚存争议。其次，CUE相对于其他控制对SOC存储的相对影响仍未得到很好的解决。

确定微生物CUE与有机碳储量关系的两种不同途径（图源自Nature ）

该文采用全球尺度数据集、微生物过程显式模型、数据同化、深度学习和元分析相结合的方法，研究了CUE与碳作为有机碳的保存之间的关系，以及与气候、植被和土壤性质的相互作用。研究发现，在决定全球碳储量及其空间变化方面，CUE的重要性至少是其他评估因素(如碳输入、分解或垂直运输)的四倍。CUE与土壤有机碳含量呈显著正相关。结果表明，微生物CUE是全球SOC储存的主要决定因素。了解CUE背后的微生物过程及其对环境的依赖性，有助于预测土壤有机碳对气候变化的反馈。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06042-3