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Soil-carbon response to warming dependent on microbial physiology

土壤碳 全球变暖 环境科学 分解者 碳循环 生态系统 二氧化碳 生态学 气候变化 土壤水分 土壤科学 固碳 生物量(生态学) 碳纤维 生物 复合数 复合材料 材料科学
作者
Steven Allison,Matthew D. Wallenstein,Mark A. Bradford
出处
期刊:Nature Geoscience [Nature Portfolio]
卷期号:3 (5): 336-340 被引量:1398
标识
DOI:10.1038/ngeo846
摘要

The loss of carbon dioxide from soils increases initially under climate warming, but tends to decline to control levels within a few years. Simulations of the soil-carbon response to warming with a microbial-enzyme model show that a decline in both microbial biomass and the production of degrading enzymes can explain this attenuation response. Most ecosystem models predict that climate warming will stimulate microbial decomposition of soil carbon, producing a positive feedback to rising global temperatures1,2. Although field experiments document an initial increase in the loss of CO2 from soils in response to warming, in line with these predictions, the carbon dioxide loss from soils tends to decline to control levels within a few years3,4,5. This attenuation response could result from changes in microbial physiological properties with increasing temperature, such as a decline in the fraction of assimilated carbon that is allocated to growth, termed carbon-use efficiency6. Here we explore these mechanisms using a microbial-enzyme model to simulate the responses of soil carbon to warming by 5 ∘C. We find that declines in microbial biomass and degradative enzymes can explain the observed attenuation of soil-carbon emissions in response to warming. Specifically, reduced carbon-use efficiency limits the biomass of microbial decomposers and mitigates the loss of soil carbon. However, microbial adaptation or a change in microbial communities could lead to an upward adjustment of the efficiency of carbon use, counteracting the decline in microbial biomass and accelerating soil-carbon loss. We conclude that the soil-carbon response to climate warming depends on the efficiency of soil microbes in using carbon.
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