气候变暖已是不争的事实。土壤碳库是地球陆地生态系统中最大的碳库。对于大气，土壤可以是碳源，土壤中释放的二氧化碳浓度对气候变暖具有重要影响；土壤也可以是碳汇，土壤固碳被认为是实现碳中和的有效途径之一。由于缺乏对深层(30 cm以下土层)土壤有机碳对气候变暖响应的认识，学术界对未来气候变暖下土壤有机碳库动态变化的预测还存在较大不确定性。微生物碳利用效率(CUE)描述了代谢碳在微生物生物量和呼吸之间的分配。较高的微生物碳利用效率有利于土壤有机碳的存储。因此，量化微生物碳利用效率对气候变暖的响应对于评估土壤有机碳库的动态变化至关重要。

北京大学城市与环境学院朱彪研究组通过在青海海北高寒草地生态系统国家野外科学观测研究站建立全球首个草地全土壤剖面增温控制实验平台，利用18O-H2O方法测定了微生物碳利用效率，揭示了微生物碳利用效率在全土壤剖面增温下的变化模式，并发现了调控微生物碳利用效率变化的新机制。研究表明，短期增温不会显著改变表层或深层土壤微生物碳利用效率，但微生物碳利用效率沿土壤剖面逐渐降低。与以往的认识不同，碳有效性是调控微生物碳利用效率对全土壤剖面增温响应的关键因子。本研究为准确预测气候变暖背景下全剖面土壤有机碳库的动态变化奠定了理论基础。

该研究成果以“Whole-soil-profile warming does not change microbial carbon use efficiency in surface and deep soils”为题于2023年7月31日在线发表于PNAS期刊上。北京大学朱彪研究员为通讯作者，原博雅博士后张秋芳为第一作者(现在福建师范大学工作)，其它合作作者还包括北京大学博士生秦文宽、博士后冯继广和李晓杰、中国科学院西北高原生物研究所张振华研究员、北京大学/兰州大学贺金生教授和美国加州大学圣芭芭拉分校Joshua P. Schimel教授。本研究受到国家自然科学基金(42141006、32101330和31988102)和中国博士后科学基金项目(2021M690217)的资助。

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图(a)微生物碳利用效率在全土壤剖面增温下的变化模式。(b)全土壤剖面增温对微生物碳利用效率影响的概念图。