Nature Communication | 微生物对增温的持续适应会让土壤碳损失减少

土壤总呼吸既包括植物根系生长和根系生物量维持的自养呼吸(Ra)，也包括凋落物和土壤有机质微生物分解的异养呼吸(Rh)。各种短期试验表明，土壤呼吸随温度呈指数增长，这已被用作参数化生态系统和地球系统模型的一般关系。如果土壤呼吸和温度的短期关系能够长期维持(几年到几十年)，气候变暖将引发生态系统呼吸(ER)的急剧增加。这样的增加会导致对全球碳循环的强烈正反馈，而全球碳循环依赖于Rh的响应和升温条件下的碎屑输入动态。因此，准确评价土壤Rh及其对气候变暖的响应尤为重要。然而，将Rt划分为Ra和Rh是基于实验和模型的全球变化研究的主要挑战之一。因此，土壤呼吸在全球碳循环中是一个鲜为人知的关键碳通量，也是气候项目中不确定性的一个重要来源。

土壤微生物呼吸是预测未来气候和碳循环反馈的重要不确定性来源。然而，它对气候变暖的反馈和潜在的微生物机制仍然知之甚少。微生物可以通过改变它们的新陈代谢和群落结构，在一段时间内快速地调整它们对温度的呼吸反应。几项气候变化试验表明，土壤呼吸在短期内受到变暖的刺激，随后是抑制作用。这种现象称为土壤呼吸的热适应。土壤呼吸热适应的存在至关重要，因为土壤呼吸的全球热适应越大，气候变暖与生态系统CO2释放的正反馈越弱。然而，土壤呼吸热适应的存在和程度是极不确定的，特别是在野外的长期实验(几年至几十年)。

周集中课题组基于野外定位试验和模型预测的研究结果表明，温带草原生态系统的土壤微生物呼吸的温度敏感性在7年的变暖过程中持续下降了12.0±3.7%。微生物群落的变化在调节土壤呼吸热适应中起着重要作用。将微生物功能基因丰度数据纳入微生物激活的生态系统模型可显著提高土壤微生物呼吸的建模性能5-19%，并将模型参数的不确定性降低55-71%。此外，建模分析表明，微生物的热适应可以显著减少Rh(11.6±7.5%)，从而减少土壤C的损失。如果这种微生物介导的抑制效应普遍发生在不同的空间和时间尺度上，土壤微生物呼吸对气候变暖的响应可能比先前预测的要小。