土壤呼吸温度敏感性(Q10)是预测陆地生态系统碳循环对气候变化响应的重要参数。然而，全球尺度上Q10值的高度空间异质性及其控制因子还未得到充分的认识。通过搜集480个全球野外观测Q10值数据，我们发现全球平均Q10值为2.56 ± 0.86；空间格局上表现为年平均气温（MAT）每升高1°C时Q10值减小2.07%。全球尺度上Q10值主要受MAT调控，而非年平均降雨量（MAP）和土壤因子（如碳含量、pH等）。然而，不同生态系统类型和气候带Q10值的主要控制因子不同。该结果不同于室内培养实验通常认为的土壤因子为有机碳分解温度敏感性的主要控制因子。认识不同生态系统类型和气候带Q10值的主要控制因子有助于我们对全球变暖背景下土壤碳-气候反馈的理解。
标题：Spatial heterogeneity of temperature sensitivity of soil respiration: A global analysis of field observations
作 者：李金全（一作，复旦大学生态专业博士），裴俊敏，Elise Pendall，方长明，聂明*（通讯作者，复旦大学）
期 刊：Soil Biology and Biochemistry
日 期：2019-11-16点击文末左下角“阅读原文”可直达原文~
研究背景
气候变暖被认为会显著激发土壤呼吸，包括加快植物根系作用的自养呼吸速率和土壤微生物分解作用的异养呼吸速率。土壤呼吸温度敏感性（Q10）是决定陆地生态系统碳模型中土壤碳库对气候变化响应强度的一个关键参数。Q10值的微小变化会导致模型中对土壤碳库及其对温度升高响应强度预测的较大差异。由于气候和土壤条件的高度空间异质性，Q10值也存在明显的空间变异。然而，大多数碳模型中使用的Q10值都来自小尺度或者是固定不变的经验值，这将会明显增加陆地生态系统碳循环对气候变化响应模拟的不确定性。因此，为了准确预测未来土壤碳库及其对全球变暖的响应，迫切需要探究全球尺度Q10值的空间变异及其调控因子。
研究方法
本研究以全球森林和草地生态系统为例，共搜集了480个野外观测Q10值数据，其中热带、亚热带、温度和寒带分别包含26、85、328和41个数据（图1）。本研究Q10值的控制因子包含了气候因子（MAT、MAP）和土壤因子（粘粒含量、pH、有机碳含量）。由于绝大多数原始文献并未提供土壤理化性质数据，因此本研究土壤因子来自全球土壤理化性质网格数据（http://data.isric.org）。
图1. 数据点空间分布图。括号内数值表示不同生态系统或气候带样本量。
结果
（1）全球土壤呼吸野外观测Q10值变化范围为1.07到6.60，平均值为2.56 ± 0.86。Q10值与MAT表现为显著负相关关系（Q10 = -0.0207 × MAT + 2.7392, P < 0.001），而与MAP没有显著相关性（图2）。
（2）全球尺度的结构方程模型结果显示（图3），气候因子对Q10值的影响作用较土壤因子更大；MAT具有最大的标准总效应，依次是MAP、pH、粘粒含量和土壤有机碳含量。
图3. 全球尺度结构方程模型显示（a）不同因子对Q10值的直接和间影响作用和（b）标准总效应（直接效应加上间接效应）。
（3）不同生态系统和气候带独立的结构方程模型显示（图4和5），森林生态系统中，MAT是控制亚热带、温带和寒带的主要因子，而热带地区主要受土壤有机碳和粘粒含量的控制（图4）；草地生态系统主要受MAP、pH和土壤有机碳的控制（图5）。
图4. 结构方程模型中不同气候带森林土壤呼吸Q10值控制因子的标准总效应（直接效应加上间接效应）。
图5. 草地生态系统结构方程模型显示（a）不同因子对Q10值的直接和间影响作用和（b）标准总效应（直接效应加上间接效应）。结论
全球尺度上，土壤呼吸表观温度敏感性与年平均气温密切相关；而在区域尺度上，温度敏感性的主导影响因子可能会因地而异。这不同于室内培养实验通常认为的土壤因子为有机碳分解温度敏感性的主要控制因子。在碳循环模型中设置基于情景（如不同生态系统、不同气候带）的温度敏感性参数及其主要控制因子，可能有助于准确评估区域土壤碳库对全球变化的响应。
GCB：中国森林土壤碳分解温度敏感性的生物地理格局—点击图片阅读⤴
Nature：土壤碳分解的温度敏感性及其对气候变化的反馈—点击图片阅读⤴