《National Science Review》：Heterogeneous response of soil organic matter decomposition to temperature change across permafrost regions
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本研究针对陆地模型预测气候变暖下永久冻土碳命运的关键参数——土壤有机质分解温度敏感性（Q1010的区域分异规律及驱动机制。结果表明，高纬度冻土区Q10值约为高海拔区的1.8倍，且土壤微生物特性（群落组成、α多样性、生活史策略、碳降解基因）和矿物保护（Ca2+结合有机碳）分别对Q10变异具有最强直接正、负效应，而气候（干旱度）、土壤特性（pH与黏粉粒含量）及底物数量通过间接途径影响Q10。该研究明确了高纬度冻土碳库对增温更敏感，为优化模型参数、减少碳-气候反馈预测不确定性提供了关键实验证据。
北极和青藏高原的永久冻土层如同地球的“冰封碳库”，储存着约1014–1035 Pg的有机碳，是大气碳库的两倍。然而，随着全球变暖加剧，这些地区正以2–4倍于全球平均水平的速度升温。冻土融化会释放大量先前被封存的有机碳，经微生物分解后以二氧化碳形式进入大气，进而触发“冻土碳-气候正反馈循环”，加速气候变化。但当前陆地模型对冻土碳释放的预测存在巨大不确定性，其中关键瓶颈在于模型通常假设土壤有机质分解的温度敏感性（Q10）为恒定值，而实际上Q10可能随冻土类型、环境因子和微生物特性空间异质性而显著变化。厘清Q10的空间格局及其驱动机制，已成为提升模型预测精度的迫切需求。
为破解这一难题，研究团队选取中国东北高纬度冻土区与青藏高原高海拔冻土区，布设30个样点采集表层土壤，开展为期368天的室内培养实验，定量比较两地Q10差异，并整合北极地区91个样点的文献数据验证格局普适性。进一步地，团队综合测定了气候条件、土壤理化性质、底物数量与质量、矿物保护作用及微生物特性（包括群落组成、多样性、生活史策略和碳降解功能基因）等多维度指标，通过结构方程模型解析各因子对Q10变异的直接与间接贡献。
关键技术方法
研究依托大尺度地理采样（30个样点覆盖高纬与高海拔冻土区）、长期室内培养（368天）、双方法计算Q10（等时间法与等碳量法）、微生物高通量测序（细菌/真菌群落与功能基因）、土壤有机碳组分分析（核磁共振表征官能团）及矿物结合碳定量（Ca2+、Fe氧化物结合态碳），结合文献数据整合与结构方程模型，系统揭示驱动机制。
更高Q10存在于高纬度冻土区
培养实验显示，整个培养期高纬度冻土区平均Q10值（3.1±0.1）显著高于高海拔区（1.7±0.1），且等碳量法计算的Q10-q结果一致。北极数据整合进一步证实该格局的普适性。孤立冻土区的Q10高于连续/稀疏冻土区，可能与植被生产力差异导致的顽固性碳输入有关。
微生物特性主导Q10变异
结构方程模型表明，微生物特性（群落组成、α多样性、生活史策略、功能基因）对Q10有最强直接正效应。高纬度区富集更多具有广谱底物利用能力的变形菌门和酸杆菌门，其相对丰度与Q10正相关；微生物α多样性与Q10正相关，高多样性群落通过种间互作（如协同降解顽固性碳）增强温度响应；K策略微生物（低rrn拷贝数、高真菌共生/腐生比）更偏好分解高活化能底物（如芳香化合物），推升高纬度区Q10；碳降解基因（如木质素过氧化物酶基因lig、二醇氧化酶基因glx）丰度与Q10正相关，强化顽固碳分解潜能。
矿物保护抑制Q10
Ca2+结合有机碳比例对Q10有直接负效应。高海拔区碱性土壤促进Ca2+桥接作用，增强矿物保护，降低底物可利用性，从而抑制Q10。而铁结合碳与矿物结合有机碳比例在两地无差异，未贡献Q10区域分异。
气候与土壤因子的间接调控
干旱度通过降低土壤有机碳储量→减少微生物多样性→抑制Q10，以及促进Ca2+保护→降低底物有效性两条途径间接压制Q10。土壤pH通过调控微生物生活史策略（低pH促K策略）和矿物保护（高pH增强Ca2+吸附）间接影响Q10。底物质量（如O-烷基碳、芳香碳）未显示直接效应，凸显微生物与矿物保护的核心地位。
结论与意义
本研究首次通过标准化实验揭示高纬度冻土区土壤有机质分解温度敏感性显著高于高海拔区，突破了过去仅聚焦单一区域的局限。微生物特性与矿物保护被明确为Q10空间分异的核心驱动因子，而气候、土壤性质与底物数量通过间接路径发挥作用。这一发现为陆地模型参数优化提供了关键证据：高纬度冻土区因更高的Q10和碳储量，可能成为增温下碳流失的“热点”。未来模型需整合微生物功能性状（如群落组成、生活史策略）和矿物保护机制，以降低碳-气候反馈预测的不确定性。论文发表于《National Science Review》，为全球变化背景下冻土碳循环研究提供了新的理论框架和实验基准。
