土壤微生物呼吸是陆地生态系统碳循环的重要组成部分，温度是影响微生物呼吸的主要因素。以往研究发现，土壤微生物呼吸会随着温度升高呈现先增加而后降至原水平的变化趋势，其中微生物补偿性热适应和土壤底物限制是解释该现象的主要机制。但是，如何量化微生物热适应、底物可利用性以及二者之间的交互作用对微生物呼吸的影响还存在研究空白，这制约了我们对全球升温后土壤碳排放估算的准确性。
实验室王超研究员团队以中国东部南北分布的11个森林土壤为研究对象，设置底物添加（仅热适应）和不添加底物（热适应+底物限制）两种处理，并在12°C、20°C、28 °C下测定微生物呼吸速率，利用数值模型解析底物和微生物热适应性对呼吸速率的影响（图1），研究结果表明：年平均气温较高的地区，微生物补偿性热适应对微生物呼吸的负效应更强（图2）；微生物热适应对微生物呼吸的影响随着底物可利用性升高而增强（图3）；利用两个全球尺度的数据库结合本研究建立的模型发现，土壤底物与热适应性对微生物呼吸的影响具有全球普遍性。上述成果为在土壤碳循环模型中考虑微生物热适应效应提供了研究思路。
研究成果以“Stronger compensatory thermal adaptation of soil microbial respiration with higher substrate availability”为题，发表在国际微生物学会会刊《The ISME Journal》（IF=11）期刊上。曲聆瑞特别研究助理为第一作者，王超研究员为通讯作者，东北师范大学白娥教授、瑞典斯德哥尔摩大学Stefano Manzoni副教授、西班牙阿利坎特大学Marina Dacal博士和Fernando T. Maestre教授为共同作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金面上基金、中科院青促会优秀会员项目等的资助。
论文链接： https://doi.org/10.1093/ismejo/wrae025
图1 底物有效应对微生物热适应性影响的概念图
图2 微生物呼吸对温度变化的响应趋势
图3 微生物热适应和底物有效性对微生物呼吸的影响