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文章摘要：森林土壤储存大量有机碳，是陆地生态系统碳源/汇的重要组成，土壤有机碳的释放由微生物异养代谢过程主导。然而，我们对C、N、P等关键养分因子对土壤微生物异养代谢的限制特征及其在大空间尺度上的变化规律知之甚少，这限制了我们对森林土壤碳循环过程的深刻理解，致使森林碳汇的预测存在较大不确定性。

图1 中国森林生态系统土壤微生物养分限制的空间分布特征

西北农林科技大学水土保持研究所土壤生态与环境课题组联合中国科学院成都山地所生物地球化学研究团队以及中国科学院地球环境研究所、北京大学、清华大学、美国托莱多大学、塞维利亚农业生物与自然资源研究所等单位选取了31个森林生态系统（18.89º-53.45ºN，100.99º-129.65ºE，海拔210-3830 m，年均温（-5.9 ºC到23 ºC），年均降雨量（242 -2667 mm））的181个样点，跨越热带、亚热带、暖温带、温带和寒温带5个气候带，主要森林类型包括阔叶林、针-阔混交林和针叶林。利用酶计量学方法，并结合多源气象/环境因子和植物养分限制数据集，重点研究了中国森林生态系统中土壤微生物养分限制特征及其驱动机制。

图2 土壤微生物养分限制纬度格局

研究表明：80%的土壤微生物代谢过程受到磷而非氮的限制，且微生物养分限制和植物养分限制的特征在大空间尺度上保持高度一致性，这说明土壤磷的有效性同时控制着森林初级生产力和土壤碳释放过程。在土壤剖面尺度上，植物根系与微生物对磷的竞争以及表层土壤有机磷的矿化与释放，导致微生物磷限制随土壤深度的增加而加剧。在纬度格局上，从寒温带到热带的森林，随着生态系统初级生产力的增加，土壤微生物磷限制整体呈增加趋势。最为有趣的是：这种微生物磷限制的纬度格局变化趋势在北纬41～42°发生了意想不到的转变，即在北纬41～42°（暖温带）微生物磷限制最低，说明在全球气候变化下暖温带地区森林土壤有更大的碳释放潜力。

图3 土壤微生物养分限制驱动因素

图4 土壤微生物养分限制与植物养分限制空间格局一致性

该研究于2022年8月18日发表于Nature旗下2020年新创期刊Communications Earth & Environment上。论文第一作者崔勇兴博士，通讯作者方临川研究员。该研究得到中国科学院战略先导(XDB40000000)和国家自然科学基金中阿国际合作（(32061123007）等项目的资助。