生態(tài)系統(tǒng)呼吸（ER）是生物圈與大氣之間最大的碳通量之一，研究ER的溫度響應(yīng)是準(zhǔn)確預(yù)測未來大氣CO₂濃度以及氣候變化的關(guān)鍵。目前陸面模型普遍認(rèn)為ER隨溫度升高持續(xù)增加，甚至預(yù)測在本世紀(jì)末陸地生態(tài)系統(tǒng)呼吸所排放的CO₂通量將超過光合作用吸收的CO₂，從而使陸地生物圈從全球碳匯（凈吸收）變成碳源（凈排放）。然而近期的觀測研究發(fā)現(xiàn)ER廣泛存在最適溫，即ER的溫度響應(yīng)是單峰型而非傳統(tǒng)認(rèn)知上的指數(shù)型，當(dāng)溫度超過最適溫時ER會迅速下降，但地球系統(tǒng)模型卻無法再現(xiàn)這種溫度響應(yīng)模式及最適溫現(xiàn)象。因此，為了改進(jìn)模型對呼吸溫度響應(yīng)的表征，迫切需要綜合目前對不同組織尺度（如組織、生物體、群落、生態(tài)系統(tǒng)和全球）和生命形式（植物和微生物）的溫度響應(yīng)的理解。

基于此背景，中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所牛書麗研究組聯(lián)合來自華東師范大學(xué)以及新西蘭、德國、美國、英國、澳大利亞等多國9家不同單位的相關(guān)學(xué)者，全面綜述了呼吸對溫度響應(yīng)的不同基礎(chǔ)模型，從不同生物組織及不同尺度綜述了呼吸最適溫廣泛存在的觀測證據(jù)，還進(jìn)一步評估了當(dāng)前地球系統(tǒng)模型對于生態(tài)系統(tǒng)呼吸溫度響應(yīng)模擬的不確定性及其來源。

文章最后從加強(qiáng)呼吸溫度響應(yīng)過程機(jī)制理解以及改進(jìn)陸地生態(tài)系統(tǒng)呼吸模型模擬兩個方面提出了未來的研究方向：（1）在不同尺度上對呼吸進(jìn)行系統(tǒng)觀測以獲取關(guān)鍵的基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)；（2）將呼吸的單峰溫度響應(yīng)及其最適溫納入地球系統(tǒng)模型中以改善當(dāng)前對于氣候變化-碳循環(huán)反饋關(guān)系的模擬預(yù)測；（3）ER最適溫及其熱適應(yīng)性的潛在機(jī)制需要在未來的研究中進(jìn)一步揭示；（4）其他混雜因素（如水分和底物可利用性）與溫度在呼吸溫度響應(yīng)過程中的相互聯(lián)系和作用機(jī)制需要進(jìn)一步厘清和區(qū)分。?

該研究以“Temperature responses of ecosystem respiration”為題，近日發(fā)表于Nature Reviews Earth & Environment，牛書麗研究員為論文第一作者和通訊作者，還有來自華東師范大學(xué),Manaaki Whenua-Landcare Research,Max Planck Institute for Biogeochemistry,Macalester College,Pacific Northwest National Laboratory,University of Exeter,Australian National University,?Cornell University的合作研究人員。此項研究受國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃和中國科學(xué)院國際合作項目共同支持。

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論文信息：

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

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論文鏈接：

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

圖1?生態(tài)系統(tǒng)呼吸最適溫及其影響因素