生態系統的生產力決定了土壤碳儲存或碳釋放方式
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文章來源 : 農業科技決策資訊平台 2026-04-14
土壤微生物在碳循環中的代謝角色
土壤微生物在全球碳循環中扮演關鍵角色，其代謝過程包含將碳轉化為生物量（碳同化）以及透過異營性呼吸（Rh）釋放為二氧化碳。碳利用效率（CUE）則代表微生物將吸收碳轉換為生物量的比例，是評估土壤碳儲存潛力的重要指標。過去研究認為，CUE與Rh之間呈線性負相關，即呼吸作用越強，微生物用於生長的碳比例越低。然而，此關係多來自短期培養或同位素標記方法（如¹³C、¹⁴C與¹⁸O），可能受到方法本身的限制。
全球觀測資料如何用於CUE估算
為探討兩者的關係，中國科學院（Chinese Academy of Sciences）的研究團隊整合全球1,094對自然生態系觀測資料，並以不依賴培養方式的化學計量模型來估算CUE（估算值以CUEST表示），同時將各觀測點座標配對全球土壤呼吸資料庫中的年平均Rh，分析微生物呼吸作用的長期變化。
CUE與Rh關係隨生產力變化情形
研究結果顯示，CUEST與Rh的關係會隨著氣候帶與生態系生產力而改變。在乾旱與寒冷等低生產力地區，CUEST隨Rh增加而顯著下降；而在熱帶與溫帶地區等高生產力地區，當Rh超過340±10.8 C m⁻² yr⁻¹時，兩者的關係不再顯著相關，呈現解耦（即CUEST不再隨Rh變化），並維持在相對穩定的範圍(約0.27±0.17)。
資源條件如何影響微生物代謝策略
進一步分析指出，這種差異反映微生物在不同資源條件下的代謝策略。在低生產力地區，碳來源有限，微生物對碳分配更加敏感，當Rh增加時，生長所用的碳比例隨之下降；而在高生產力地區，雖然碳來源充足，但在養分供應不足的情況下，微生物的碳利用效率不再隨Rh持續變化。
生態系生產力對碳循環模型的意義
整體而言，本研究透過長期觀測與全球尺度資料分析，顯示微生物CUE與Rh之間的關係具有非線性與閾值特性，會隨環境條件及生態系生產力改變。未來將微生物代謝調適機制納入碳循環模型，對提升氣候變遷預測準確性具有重要意義。本研究已發表於《Nature Communications》期刊。
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