在全球变暖背景下，土壤微生物通过调控碳(C)和氮(N)的转化过程，对陆地生态系统的生物地球化学反馈发挥着关键作用。微生物碳利用效率(carbon use efficiency, CUE)和氮利用效率(nitrogen use efficiency, NUE)是连接微生物代谢过程与土壤碳氮循环的核心指标，其对温度变化的敏感性(Q10)直接影响土壤碳储存和氮循环。然而，CUE和NUE的温度敏感性在不同温度范围内的变化特征及其热响应是否具有协同性，目前尚不清楚。

针对这一科学问题，中国科学院沈阳应用生态研究所稳定性同位素创新组群以中国东部南北跨越约 4000 km的森林纬度样带为研究对象(图1)，采集有机层土壤样品，通过设置不同培养温度(12℃、20℃和28℃)，并结合18O-H2O和15N稳定同位素示踪技术，在大陆尺度上分析了森林土壤微生物CUE、NUE及其温度敏感性(Q10)，并探索二者的关系及其关键驱动因素。

结果表明：(1)森林土壤微生物碳、氮利用效率的温度敏感性呈现显著的相关关系(图2);(2)微生物CUE和NUE的温度敏感性在不同温度区间(12-20℃与20-28℃)存在差异，在较低温度条件下温度敏感性更强(图2);(3)随着温度升高，CUE和NUE温度敏感性的主要驱动因子由微生物群落等生物因素逐步转为气候和土壤理化特征等非生物因素(图3)。

该研究在大陆尺度上证实了森林土壤微生物碳、氮利用效率温度敏感性的内在关联，并揭示了其驱动机制随温度发生转变的规律性，为理解微生物生理过程如何介导生态系统气候变化响应提供了重要见解。

研究成果近期以“Coupled temperature sensitivity of microbial carbon and nitrogen use efficiencies in forest soils on a continental scale”为题，发表在Global Change Biology。中国科学院沈阳应用生态研究所博士生张仰和副研究员曲聆瑞为共同第一作者，王超研究员为通讯作者，沈阳应用生态研究所王健助理研究员、刘玥特别研究助理、高美霞助理研究员、王旭副研究员、博士生曲芳莹以及东北师范大学白娥教授为共同作者。该研究得到基金委青B、中国科学院国际合作项目、中国科学院青促会优秀会员项目等项目的资助。

图1.中国东部森林土壤采样点的空间分布

图2.森林土壤微生物CUE和NUE的温度敏感性(Q10)

图3.微生物CUE和NUE温度敏感性的关键影响因素