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土壤微生物代谢的变化在预测土壤碳汇方面仍然具有高度的不确定性，特别是在土壤磷(P)变异性高的农业生态系统中。

Fig Conceptual diagram of the influence of P fertilizer on microbial N/P limitation and soil C sequestration

基于此，我们在农田土壤中施加不同梯度的磷肥(0、75、150、225和300 kg P ha^-1)，通过细胞外酶化学计量学和生物地球化学平衡模型，定量分析了微生物代谢限制及其与碳利用效率(CUE)的关系。

Fig. 1 The threshold elemental ratio TER_C:N and TER_C:P (a and c, respectively) and N limitation and P limitation (c and d, respectively) of different P fertilizer treatments.

Fig. 2 Carbon use efficiency (CUE) under different P fertilizer treatments. P0, P75, P150, P225, and P300 represent P fertilizer treatments of 0, 75, 150, 225, and 300 kg P ha⁻¹, respectively.

结果表明：胞外酶化学计量模型显示微生物受N和P的限制(图1 b, d)。磷肥施用增加了土壤中的速效磷含量，且速效磷对微生物P限制有负向影响，即施磷肥减轻了微生物对P的限制（图3）。有趣的是，磷施肥也缓解了微生物的N限制，微生物N限制降低的原因是NO₃⁻-N含量的增加（图1和3）。

Fig. 3 Cascading relationships of microbial metabolic limitation and CUE along with soil physicochemical properties. Partial least squares path modeling (PLS-PM) elucidating major pathways of the influence of soil physicochemical properties on microbial N and P limitations. Solid and dashed lines indicate positive and negative causality flow (P<0.05), respectively. Numbers on arrows indicate significant standardized path coefficients. R2 indicates the variance of dependent variables explained by the model. Microbial biomass: microbial biomass carbon (MBC), microbial biomass nitrogen (MBN), and microbial biomass phosphorus (MBP); Olsen-P soil available phosphorus; P limitation microbial phosphorus limitation; N limitation microbial nitrogen limitation; CUE carbon use efficiency.

此外，PLS-PM分析揭示了驱动土壤C固存的微生物代谢限制的关键途径。微生物N和P限制的降低通过影响微生物的生长和代谢过程促进了微生物CUE的提高。

综上，本研究表明在农业生态系统中施磷不仅可以缓解微生物的P限制，还可以缓解N限制，通过增加微生物CUE，进一步减少土壤C的流失。本研究为深入了解施肥调节农业生态系统微生物代谢驱动的土壤碳循环机制提供了重要依据。

论文第一作者王香香硕士研究生，通讯作者方临川研究员。该研究得到国家自然科学基金(41977031)和中国科学院战略先导研究计划 (XDB40000000) 等项目的资助。