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自生态酶计量学发展以来，Sinsabaugh, R. L.教授揭示的全球尺度C：N：P水解酶活性1：1：1的计量关系是酶计量学理论和微生物代谢限制模型的黄金准则（2008, Ecology Letters; 2009, Nature）。然而，最近多项研究发现：在区域尺度或特定生态系统下土壤C、N和P胞外酶活性比值经常偏离这一计量关系。这导致相应的微生物代谢限制模型难以真实和准确预测生态系统中土壤微生物养分限制特征。

西北农林科技大学土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室方临川研究员课题组，基于酶计量学理论（EEST）、生态代谢理论（MTE）和生态计量学理论（EST），首次提出了特定生态系统土壤微生物代谢平衡点（Balance points）概念并推导出了其预测模型。进一步结合已有的元素阈值比（TER）和矢量分析（Vector analysis）模型，建立了新的微生物养分限制预测模型：TEREEA、TERL和V-T模型; 并利用全球尺度不同生态系统类型的数据（n = 2667）进行了验证，发现我们构建的新模型能准确预测土壤微生物养分限制状况，且模型精度显著优于先前模型。新模型也一致揭示了全球尺度上低纬度森林土壤微生物主要受P限制，中高纬度草地土壤微生物主要受N限制，且随着生态系统的发展和土壤有机质的累积，相应限制状况会加剧。不同的是，人为干扰强烈的农田生态系统其土壤微生物养分限制特征取决于外部养分的输入；这表明了全球N沉降背景下，即使自然生态系统，土壤微生物养分限制状况也会被深刻影响。该研究以Macroecological Methods形式于2021年7月27日发表于国际著名生物地理学和生态学期刊Global Ecology and Biogeography上。据悉，该期刊每年以Macroecological Methods形式发表论文不超过10篇。Vector analysis模型创始人美国托莱多大学环境科学系教授Daryl L. Moorhead对我们提出的上述模型给予了高度评价，认为我们的工作突破了已有酶计量学模型的局限，解决了微生物养分限制研究方法的关键技术瓶颈。

图1   元素阈值比（A）和矢量分析（B）模型的原理示意图及新模型的执行步骤

图2   新模型与先前模型的性能比较

论文第一作者崔勇兴博士，通讯作者方临川研究员。该研究得到国家自然科学基金国际合作项目（32061123007）和中国科学院战略先导（XDB40000000）等项目的资助。