地球環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動機制

微生物碳利用效率（CUE）是調控土壤有機碳動態的關鍵參數，反映微生物將吸收的碳分配于生長與呼吸的比例。準確理解CUE對預測土壤碳庫響應全球變化具有重要意義。

傳統研究常將CUE視為整體參數，但其主要包含生長與呼吸兩個過程，二者受不同機制驅動。對此，本文梳理了生長與呼吸在驅動機制上的差異。微生物生長主要受碳、氮、磷等養分的協同限制，取決于資源可用性；而呼吸速率更依賴于底物的化學性質，如碳氮比與結構復雜性。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同步或異步響應，掩蓋了CUE的潛在驅動機制。因此，將CUE解耦為生長與呼吸兩個組分，有助于揭示環境變化下土壤碳周轉的微觀機制。

為推進該研究框架，本文提出未來應在模型中獨立表征生長與呼吸過程，以提升土壤碳動態模擬的機制性與預測準確性。同時，需結合穩定同位素探針技術與宏基因組功能分析，在群落乃至功能基因層面識別調控碳同化與呼吸的關鍵類群與代謝途徑，從而系統闡明微生物代謝對土壤碳循環的調控機制。

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理性的框架（圖1），為深入理解與預測土壤碳庫在全球變化下的響應提供科學依據。

相關成果發表于國際知名期刊The Innovation Geoscience。中國科學院地球環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基金（32301405, 32471685）、陜西省博士后項目（2024BSHYDZZ018）及陜西省杰青項目（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