生态系统呼吸（ER）是生物圈与大气之间最大的碳通量之一，研究ER的温度响应是准确预测未来大气CO₂浓度以及气候变化的关键。目前陆面模型普遍认为ER随温度升高持续增加，甚至预测在本世纪末陆地生态系统呼吸所排放的CO₂通量将超过光合作用吸收的CO₂，从而使陆地生物圈从全球碳汇（净吸收）变成碳源（净排放）。然而近期的观测研究发现ER广泛存在最适温，即ER的温度响应是单峰型而非传统认知上的指数型，当温度超过最适温时ER会迅速下降，但地球系统模型却无法再现这种温度响应模式及最适温现象。因此，为了改进模型对呼吸温度响应的表征，迫切需要综合目前对不同组织尺度（如组织、生物体、群落、生态系统和全球）和生命形式（植物和微生物）的温度响应的理解。

基于此背景，中国科学院地理科学与资源研究所牛书丽研究组联合来自华东师范大学以及新西兰、德国、美国、英国、澳大利亚等多国9家不同单位的相关学者，全面综述了呼吸对温度响应的不同基础模型，从不同生物组织及不同尺度综述了呼吸最适温广泛存在的观测证据，还进一步评估了当前地球系统模型对于生态系统呼吸温度响应模拟的不确定性及其来源。

文章最后从加强呼吸温度响应过程机制理解以及改进陆地生态系统呼吸模型模拟两个方面提出了未来的研究方向：（1）在不同尺度上对呼吸进行系统观测以获取关键的基础研究数据；（2）将呼吸的单峰温度响应及其最适温纳入地球系统模型中以改善当前对于气候变化-碳循环反馈关系的模拟预测；（3）ER最适温及其热适应性的潜在机制需要在未来的研究中进一步揭示；（4）其他混杂因素（如水分和底物可利用性）与温度在呼吸温度响应过程中的相互联系和作用机制需要进一步厘清和区分。 

该研究以“Temperature responses of ecosystem respiration”为题，近日发表于Nature Reviews Earth & Environment，牛书丽研究员为论文第一作者和通讯作者，还有来自华东师范大学,Manaaki Whenua-Landcare Research,Max Planck Institute for Biogeochemistry,Macalester College,Pacific Northwest National Laboratory,University of Exeter,Australian National University, Cornell University的合作研究人员。此项研究受国家自然科学基金、国家重点研发计划和中国科学院国际合作项目共同支持。

论文信息：

Niu,S. et al. Temperature responses of ecosystem respiration. Nature Reviews Earth & Environment (2024) doi:10.1038/s43017-024-00569-3.

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s43017-024-00569-3

图1 生态系统呼吸最适温及其影响因素