微生物多样性增强土壤呼吸热适应补偿效应的纬度格局与机制

本研究针对全球变暖背景下土壤碳库反馈机制预测的难题，通过中国3800公里森林样带采样和宏分子速率理论(MMRT)建模，首次揭示了微生物呼吸热适应补偿效应(CTA)的U型纬度格局，发现细菌丰富度是驱动CTA变异的关键因素，为精准预测气候-碳循环反馈提供了微生物群落层面的理论依据。

　　

随着全球变暖加剧，土壤微生物呼吸释放的CO₂正形成气候变暖的恶性循环。然而令人困惑的是，不同生态系统的微生物呼吸对升温的响应存在巨大差异——有的表现出呼吸速率降低的补偿性热适应(Compensatory Thermal Adaptation, CTA)，有的却呈现增强效应。这种"热适应悖论"使得土壤碳库对气候变暖的反馈预测充满不确定性。更关键的是，微生物多样性是否会通过功能冗余或代谢互补等机制调节这种热适应，至今缺乏大尺度实证证据。

针对这一科学难题，中国科学院相关团队沿中国东部3800公里森林样带展开研究。通过采集12个纬度梯度（18.7°N-51.6°N）的森林土壤，在10°C和30°C下进行180天培养后，采用宏分子速率理论(Macromolecular Rate Theory, MMRT)量化了温度最适点(T_opt)和拐点温度(T_inf)等热适应特征参数。研究首次发现CTA强度与年均温(MAT)呈U型关系，热带和寒温带森林的CTA显著高于亚热带，而细菌丰富度是解释CTA变异的最大因子。这些发现为气候模型纳入微生物群落调控机制提供了关键参数，论文发表于《Applied Soil Ecology》。

关键技术方法包括：1) 跨3800公里纬度梯度设置12个森林样点采样；2) 双温度(10/30°C)长期培养实验；3) 基于MMRT模型的10个测量温度梯度呼吸曲线拟合；4) 高通量测序分析微生物群落组成；5) 结构方程模型解析环境-微生物-热适应的多级驱动关系。

【研究结果】
_opt) and temperature inflection point (T_inf) across climate gradients>
MMRT模型显示，10°C培养下T_opt(33.30-44.57°C)和T_inf(23.21-34.43°C)与MAT呈驼峰型关系：在MAT<10°C的温带随温度升高而增加，在热带则下降。30°C培养使所有样点的热适应特征参数显著右移，证实普遍存在CTA效应。

研究发现CTA强度与MAT呈U型关系，热带和寒温带的CTA强度比亚热带高38%。细菌丰富度通过促进功能冗余和代谢互补双重机制，解释了CTA变异的52%，而真菌丰富度与MAT呈线性正相关但未显著影响CTA。这表明细菌群落构建比真菌更能响应热适应选择压力。 该研究首次量化了森林土壤微生物呼吸CTA的纬度格局，揭示微生物多样性（特别是细菌丰富度）是调控热适应的关键枢纽。这一发现突破了传统气候-碳模型仅考虑环境过滤效应的局限，为预测不同气候带土壤碳库对全球变暖的响应差异提供了微生物生理学依据。未来需重点解析细菌功能基因与热适应性状的关联机制。