土壤微生物呼吸的热适应性增强机制：难降解碳代谢与群落结构演替驱动碳-气候正反馈

【编辑推荐】本研究通过海拔温度梯度实验揭示：随着年均温（MAT）升高，土壤微生物呼吸呈现增强型热适应（enhanced thermal adaptation），葡萄糖添加进一步放大该效应。核心机制在于难降解碳（recalcitrant-C）代谢增强和寡营养型微生物（oligotrophic strategists）群落演替，通过提升氧化酶活性缓解底物限制，可能加剧全球变暖下的土壤碳损失（SOC loss）。

　　

Highlight

微生物呼吸对升温的增强型热适应与难降解碳代谢和群落结构变化密切相关。葡萄糖添加显著提升表层和深层土壤的微生物呼吸热适应幅度，暗示微生物碳分解对变暖存在正反馈效应。难降解碳化合物的代谢及其相关氧化酶活性随年均温（MAT）增加而增强，这解释了微生物呼吸增强幅度的大部分变异。这些特异性碳代谢策略与微生物碳可用性及群落向寡营养型策略（oligotrophic strategies）转变相关。

Discussion

微生物呼吸速率与采样点MAT的正相关关系支持了增强型热适应假说。类似现象在地热梯度（geothermal gradients）和热带森林增温实验中被观察到——即使当MAT接近或超过代谢的最适温度时，升温仍会加速微生物呼吸。与之相反，补偿型热适应（compensatory adaptation）表现为呼吸速率随升温下降，可能缓冲土壤碳库免受变暖影响。这种差异反映了细胞水平上酶系统和膜结构的进化权衡，但群落水平的热适应还受底物可用性和代谢能力的调控。长期变暖会导致土壤底物可用性下降，难降解碳相对富集，而微生物通过提升氧化酶活性和群落向寡营养型转变来突破底物限制，最终加剧碳损失。值得注意的是，表层土壤的增强型热适应比深层更显著，这与深层土壤较低的底物质量和微生物活性受限有关。