近日，中国农业科学院农田灌溉研究所联合英国洛桑研究所对比模拟的土壤异养呼吸过程和试验数据，提出了一种通过跟踪氧气溶解扩散和微生物还原来模拟土壤呼吸的新概念，证明了影响土壤微生物呼吸的因素是非线性耦合的。相关研究成果发表在《土壤生物学与生物化学（Soil Biology and Biochemistry）》上。

土壤异养呼吸的水分依赖性是影响土壤有机碳对全球变暖响应预测不确定性的关键因素。以往研究多将土壤异养呼吸的湿度和温度敏感性变化归因于微生物的适应，忽略了土壤结构和物理过程的作用。

非饱和土壤的异养呼吸（二氧化碳的产生）主要驱动力为氧气的微生物还原，科研人员基于质量守恒原理建立数学模型，通过模拟气态氧气的溶解及其随后在土壤孔隙中水分湿润微区的扩散和微生物还原来模拟呼吸过程，对微区的物理过程和微生物活动加以区分，并将孔隙尺度的基质异质性、大孔隙、温度和水分等因素明确纳入模型中估算土壤总呼吸量。经与实验数据对比发现，该模型能较好地再现不同试验条件下土壤水分与土壤呼吸之间的关系，且能预测土壤呼吸随温度的变化。研究证明影响土壤微生物呼吸的因素是非线性耦合的，经常被忽略的土壤结构和物理过程的变化在土壤异养呼吸过程中起着关键作用，在数据分析和建模中需要对物理效应和微生物效应进行有效区分。研究成果可为估算土壤呼吸、分析土壤有机碳对全球变暖的响应提供理论依据。

该研究得到国家重点研发计划和中国农业科学院科技创新工程的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2023.109147