全球土壤碳循环对气候变化反馈具有重要影响，其中微生物碳利用效率（CUE）与异养呼吸（R_h）的关系是预测碳储存的关键。微生物碳利用效率（CUE） 是衡量微生物将吸收的有机碳转化为自身生物量（生长）而非呼吸释放为CO₂的关键指标。它直接调控着生态系统的碳储存与周转：CUE较高时，微生物能更有效地将碳固定在生物量和土壤有机质中，增强碳汇功能，有助于缓解气候变化。CUE较低时，大部分碳通过呼吸释放回大气，加速碳循环，可能加剧温室效应。传统观点认为CUE与R_h呈线性负相关，但这一假设在自然生态系统中的适用性存在争议（图1）。

为解决这一争议，中国科学院地球环境所联合国内外学者，通过整合全球数据，采用基于化学计量的方法估算CUE（CUE_ST），编译了全球1094对观测数据，覆盖热带至寒带等多种生态系统。研究发现，在低生产力地区（如干旱和寒冷区域），CUE随R_h增加而显著下降，符合传统模式；但在高生产力地区（如热带和温带），当R_h超过每年340克碳/平方米时，CUE稳定在0.27左右，与R_h解耦。这种解耦现象通过地理分布和阈值分析得到验证（图2）。机制分析表明，解耦源于微生物的适应性策略：在高生产力环境中，微生物优先投资能量获取限制性养分（如氮和磷），以维持元素平衡，导致碳释放增加而生长效率稳定。这解释了为何植被绿化可能加速土壤碳流失，而外源营养输入或许能增强碳封存。

该成果揭示了生态系统生产力如何驱动CUE与R_h的非线性关系，为土壤碳管理提供了新视角。研究强调，将微生物代谢适应性纳入模型，可提升全球变化下碳循环预测的准确性。成果近期发表于Science Advances，中国科学院地球环境研究所陈骥研究员为通讯作者，博士后崔勇兴为论文第一作者。

论文详情：Cui, Y., Peng, S., Delgado-Baquerizo, M., Moorhead, D.L., Sinsabaugh, R.L., Terrer, C., Smith, T.P., Kuzyakov, Y., Peñuelas, J., Zhu, B., Tao, F., Hong, S., Chen, J., Rillig, M.C., 2026. Productivity-driven decoupling of microbial carbon use efficiency and respiration across global soils. Science Advances 12, eadz5319, 10.1126/sciadv.adz5319

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adz5319

图1.微生物碳利用效率（CUE）与呼吸作用速率（Rh）之间概念框架图。

图2. 样本采集点的地理分布以及微生物碳利用效率与年平均相对湿度之间的关系。