据ICPP估计到本世纪末全球气温将升高1.8～2.2℃,这将导致海平面上升、极端天气频发等灾难,降低生态系统服务功能和生物多样性,对全球粮食安全和人类健康造成威胁。土壤有机碳（SOC）是陆地生态系统最大的碳库,在全球温室气体平衡中扮演的重要角色,而酶促反应是SOC分解的限速步骤,因此,厘清SOC和土壤酶对升温的响应特征及其耦合关系对土壤固碳减排意义重大。农田生态系统具有相当大的温室气体减排能力,但由于土壤空间的异质性,对我国不同气候带农田SOC固定、累积、周转变化趋势及对气候变化反馈机理还不清楚。基于此,本研究采用微宇宙培养试验,从土壤酶和SOC物理、化学结构及微生物群落组成角度出发,利用土壤酶动、热力学及13C核磁共振和高通量技术,研究了不同气候带农田生态系统SOC分解对升温的响应及环境影响因子。主要获得以下结论:（1）土壤酶活性对升温十分敏感,各气候带土壤碳、氮、磷循环相关酶温度敏感性(Q10)值均大于1,在1.04～2.34之间。不同酶类对升温的响应程度为:纤维二糖水解酶（CBH）>N-乙酰氨基葡萄糖苷酶（NAG）>β-葡萄糖苷酶（BG）>酸性磷酸酶（AcP）>木聚糖酶（BX）。土壤酶Q10随着温度梯度呈逐渐下降趋势。BG、CBH和Cenz的Q10与年均温（MAT）呈显著负相关。土壤酶化学计量Nenz:Penz和Cenz:Penz比值均随温度升高而增加。（2）不同气候带土壤碳、氮、磷循环相关酶最大酶活性(Vmax)随温度升高而增加,Vmax-Q10随温度升高而下降。其中CBH的Vmax-Q10最大。BG的Vmax和Vmax-Q10与MAT显著负相关,随MAT的升高呈线性下降;所测酶类的米氏常数（Km）和Km-Q10没有一致规律,在测定温度范围内呈波动特征,总体表现为0℃时Km值最小;Vmax/Km-Q10对温度的响应符合生理学理论的推测,即低温时微生物为了适应环境降低活化能,高温时提高活化能,是生理学和阿伦尼乌斯理论（Arrhenius theory）联系的桥梁,很好的解决了微生物产生适应性时,土壤酶温度敏感性背离阿伦尼乌斯方程的情况。其对温度的响应主要表现为1)Vmax/Km-Q10先升高后降低;2)先升高后降低,然后再升高;3)先降低后升高。结构方程模型（SEM）显示气候因子（MAT和MAP）通过影响土壤理化性质间接影响Vmax/Km-Q10,其中Km-Q10对其影响最大。粘粒和温度范围对Vmax-Q10影响较大分别0.453、0.775,参数Vmax-Q10和pH因子对Km-Q10影响最大,为0.233和0.252。（3）土壤酶的反应速率常数k随温度升高而增加,在五种测定酶中CBH的k值最低。Vmax-Q10与Ea极显著相关,随Ea线性增加。除西藏（XZ）和海南（HN）样点外,CBH活化能（Ea）最大。Ea在不同气候带间表现为寒冷地区大于温暖地区。Ea受控于MAT、Clay、TOC、pH、MAP和AN因子,其中MAT和Clay对Ea影响最大。随温度升高活化焓（ΔH*）、活化熵（ΔS*）减小,活化自由能（ΔG*）随温度升高变化较小,ΔG*/T值随温度升高而下降。酶-底物复合物形成过程是耗能过程,反应体系的混乱程度与土壤样点和土壤酶类型有关,酶促反应是熵控过程。（4）利用二库模型和物理分组方法研究了不同SOC碳库对升温的响应,二库模型表明升温提高了各碳库的速率常数,降低SOC半周转期。难分解碳库是决定SOC分解温度敏感性大小的决定性碳库。物理分组方法结果表明,矿物结合态有机碳（MinOM）是最大的碳库且难易被降解,粗颗粒有机碳（cPOM）碳库最小,大部分SOC以稳定形式存在。各碳库分解速率大小为:cPOM>fPOM（细颗粒有机碳）>Min OM,各碳库温度敏感性则与之相反。此外,研究了风干再润湿对SOC分解的影响,与鲜土相比风干土壤复水后SOC分解会显著增强,并降低了SOC分解的温度敏感性。SOC分解的温度敏感性与SOC质量相关,符合“碳质量-温度”学说。（5）研究了不同气候带SOC化学结构对升温的响应,结果表明烷氧碳含量随温度升高而降低,烷基碳含量随温度升高而增加。烷基碳与烷氧碳比值（A/O-A）和疏水性指数随温度升高而增加,表明温度升高有利于SOC分解,并使土壤有机碳趋于更加稳定。SOC分解速率和分解程度与SOC官能团密切相关,烷氧碳相对含量与SOC累积分解量极显著负相关,A/O-A与SOC累积分解量呈极显著正相关。含氧烷基碳是影响SOC累积分解量和速率常数k大小的重要官能团。烷氧碳与粘粒和粉粒呈显著正相关,与砂粒、pH呈显著负相关;羰基碳与粘粒和粉粒显著负相关,与砂粒显著正相关。（6）升温显著影响了微生物群落组成和网络结构。细菌OTU丰富度响应比和α多样性对温度的响应呈区域性分布,为先增加后降低（低MAT区）和一直增加（高MAT区）两种类型。细菌群落主要以Proteobacteria、Actinobacteria、Acidobacteria和Gemmatimonadetes为主,相对丰度占总体的73.47%。不同微生物类群对温度的响应因土壤样点而异,样点是微生物对升温的响应的重要影响因子。此外,温度明显改变了微生物网络结构中物种间的联系和关键物种。黑龙江（HLJ）、西藏（XZ）、辽宁（LN）、湖南（Hu N）样点的微生物网络和陕西（SX）、海南（HN）样点的微生物网络分别在20℃和40℃具有小世界（samall-word）网络特性,表明样点在此温度时网络结构中物种间能量、物质和信息流的传递能力得到增强,效率得到提高。细菌群落与土壤理化性质和气候因子显著相关,其中SOC、TN、pH、MAT和MAP是影响土壤细菌群落重要影响因子。（7）细菌群落与SOC化学结构的网络结构表明作用于SOC化学结构的细菌群落因官能团而异。作用于含氧烷基碳官能团的细菌物种最多,为13个,且均为负联接。COO,NC=O和Alkyl-C最少,均为1,分别为Caulobacteraceae（正联接）和Streptomycetaceae（负联接）。此外,放线菌门的Streptomycetaceae为网络结构中的关键物种。（8）采用结构方程模型（SEM）研究了温度、细菌群落和SOC化学结构之间的关系及对SOC分解的影响,温度、细菌群落和SOC化学结构可解释SOC分解84.6%的变异。温度除直接作用于SOC分解,还通过影响微生物群落和SOC化学结构间接影响SOC分解。微生物和SOC化学结构可相互影响,并作用于SOC分解。（9）BG活性随底物可利用性下降而升高,其温度敏感性对葡萄糖添加的响应因温度区间、培养时间和土壤样品而异,受营养元素调控。葡萄糖的添加提高了CO2释放速率和累积释放量,前期主要受土壤微生物生物量（MBC）的影响,后期主要受BG活性影响。CO2释放速率对葡萄糖添加的响应与pH呈显著负相关,与MAP显著正相关。此外,外源葡萄糖的添加降低了CO2释放速率的温度敏感性。以上结果揭示了土壤酶对升温响应的动力学和热力学机理、SOC分解的生物学-分子机制及SOC和土壤酶的耦合关系,为准确评估农田生态系统的碳排放,增加土壤碳固持、减少碳损失提供了理论依据。