地球環(huán)境所以微生物生長與呼吸的視角揭示微生物碳利用效率的驅(qū)動機(jī)制

微生物碳利用效率（CUE）是調(diào)控土壤有機(jī)碳動態(tài)的關(guān)鍵參數(shù)，反映微生物將吸收的碳分配于生長與呼吸的比例。準(zhǔn)確理解CUE對預(yù)測土壤碳庫響應(yīng)全球變化具有重要意義。

傳統(tǒng)研究常將CUE視為整體參數(shù)，但其主要包含生長與呼吸兩個過程，二者受不同機(jī)制驅(qū)動。對此，本文梳理了生長與呼吸在驅(qū)動機(jī)制上的差異。微生物生長主要受碳、氮、磷等養(yǎng)分的協(xié)同限制，取決于資源可用性；而呼吸速率更依賴于底物的化學(xué)性質(zhì)，如碳氮比與結(jié)構(gòu)復(fù)雜性。此外，在氣候變化情境下，如增溫、干旱或CO2升高，生長與呼吸往往呈現(xiàn)同步或異步響應(yīng)，掩蓋了CUE的潛在驅(qū)動機(jī)制。因此，將CUE解耦為生長與呼吸兩個組分，有助于揭示環(huán)境變化下土壤碳周轉(zhuǎn)的微觀機(jī)制。

為推進(jìn)該研究框架，本文提出未來應(yīng)在模型中獨(dú)立表征生長與呼吸過程，以提升土壤碳動態(tài)模擬的機(jī)制性與預(yù)測準(zhǔn)確性。同時(shí)，需結(jié)合穩(wěn)定同位素探針技術(shù)與宏基因組功能分析，在群落乃至功能基因?qū)用孀R別調(diào)控碳同化與呼吸的關(guān)鍵類群與代謝途徑，從而系統(tǒng)闡明微生物代謝對土壤碳循環(huán)的調(diào)控機(jī)制。

綜上所述，通過將CUE解耦為微生物生長與呼吸，本文旨在建立一個更具機(jī)理性的框架（圖1），為深入理解與預(yù)測土壤碳庫在全球變化下的響應(yīng)提供科學(xué)依據(jù)。

相關(guān)成果發(fā)表于國際知名期刊The Innovation Geoscience。中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所博士后周嘉聰為第一作者，陳驥研究員為通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金（32301405, 32471685）、陜西省博士后項(xiàng)目（2024BSHYDZZ018）及陜西省杰青項(xiàng)目（2024JC-JCQN-32）共同資助。

Zhou J., Liu J., Hungate B.A., Smith P., Sinsabaugh R.L., Kuzyakov Y., Noormets A., Chen J., 2026. Digging deeper into microbial carbon use efficiency in soil: Perspectives from microbial growth and respiration. The Innovation Geoscience, 4: 100183.

https://doi.org/10.59717/j.xinn-geo.2026.100183

圖1 微生物碳利用效率解耦為生長與呼吸組分的必要性與潛在解決方案