微生物の地球規模炭素循環への寄与を解明 (New Study Clarifies Microbial Role in Global Soil Carbon Cycle)

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2026-01-19 中国科学院(CAS)

土壌は大気や植生を上回る量の炭素を貯蔵しており、その循環を主に担うのが土壌微生物である。中国科学院地球環境研究所の研究チームは、微生物呼吸量(Rh)と微生物炭素利用効率(CUE)の関係に関する従来の仮定を覆す新知見を示した。本研究はScience Advances誌に掲載された。これまで、Rhが増加するとCUEは一様に低下すると考えられてきたが、実際には生態系の生産性に応じて非線形に変化することが明らかになった。全球1094組の観測データを用いた解析の結果、乾燥・寒冷な低生産性地域では従来通り負の相関が見られた一方、熱帯・温帯など高生産性地域ではRhが一定値を超えるとCUEは約0.27で安定した。これは、栄養制限下で微生物が炭素固定より栄養獲得を優先する適応戦略を反映しており、植生増加が必ずしも土壌炭素貯留を高めない理由を説明する。

微生物の地球規模炭素循環への寄与を解明 (New Study Clarifies Microbial Role in Global Soil Carbon Cycle)
Conceptual framework illustrating the possible relationships between microbial CUE and Rh on the basis of stoichiometric theory and microbial community theory. (Image by CUI Yongxing, et al)

<関連情報>

世界の土壌における微生物の炭素利用効率と呼吸の生産性主導の分離 Productivity-driven decoupling of microbial carbon use efficiency and respiration across global soils

Yongxing Cui, Shushi Peng, Manuel Delgado-Baquerizo, Daryl L. Moorhead, […] , and Matthias C. Rillig
Science Advances  Published:14 Jan 2026
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.adz5319

Abstract

Despite extensive research on soil microbial carbon (C) use efficiency (CUE), its linkage to actual soil C storage remains ambiguous. A key uncertainty is that CUE estimates from short-term labeling incubations assume a linear negative relationship with respiration rates, overlooking nonlinear interactions and long-term microbial acclimation. Here, we use a stoichiometry-based approach to estimate CUE (CUEST), which links soil resource availability to microbial demand and captures microbial adaptability under resource constraints. We synthesized 1094 paired observations of CUEST and heterotrophic respiration rate (Rh) across natural ecosystems and found a nonlinear relationship between them governed by ecosystem productivity. In low-productivity arid and cold regions, CUEST declined with increasing Rh, whereas in productive tropical and temperate regions, CUEST stabilized at a low level (0.27 ± 0.11) as Rh exceeded 340 ± 10.8 grams of C per square meter per year. This shift reflects microbial trade-offs between C assimilation and stoichiometric homeostasis, revealing a decoupling of microbial growth from respiration that limits the capacity of productive ecosystems to store additional soil C.

生物環境工学
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