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高山生态系统是陆地生态系统重要的碳（C）库组成部分，是响应全球变暖最为敏感的区域之一。微生物代谢在土壤C循环中扮演着关键的角色，其变化会导致深远的土壤C库响应。因此，更全面的理解高山生态系统土壤微生物代谢特征及养分获取将有助于我们理解高山生态系统C循环机制，增加我们对全球变化下土壤C动态的预测能力。根际作为微生物-植物根系共同的活动热区，往往比非根际有着更为强烈、敏感的微生物代谢活性。因此，进一步理解根际-非根际的微生物代谢特征，对阐明高山生态系统土壤微生物代谢至关重要。微生物代谢主要由微生物分泌的胞外酶参与完成。酶计量能反应微生物对养分的获取能力和土壤资源供应状况。因此，酶计量学是量化土壤微生物代谢特征的重要手段。

图  1.   环胞外酶计量特征（a）、微生物C（b）P限制（c）,及C、P限制间的关系。

基于此，中国科学院水利部水土保持研究所土壤化学实验室研究团队与中国科学院成都山地灾害与环境研究所吴艳宏课题组研究人员合作，以贡嘎山峨眉冷杉植被区系为野外研究平台。采集4个海拔梯度（2800,3000，3200,3500 m）下峨眉冷杉的根际与非根际土壤样品。通过酶计量学理论和模型量化了土壤微生物在不同海拔、根际-非根际下的代谢限制特征，并通过回归和偏最小二乘路径分析（PLS-PM）辨认了其变异的驱动因素。结果表明，尽管高山生态系统高的土壤C含量，但微生物代谢仍受到较强的C和磷（P）限制；这主要是由土壤养分计量和养分可利用性的变化驱动。微生物C和P限制在高海拔（3000-3500 m）比在低海拔（2800 m）显著更高；这一特征主要由土壤温度和水分沿海拔梯度的变异所驱动。这一结果暗示土壤微生物C和P限制会在全球变暖下有所缓解。进一步地，在高海拔地区（3200-3500 m），微生物C和P限制在根际-非根际显著变化，而这一情况并不存在于低海拔地区（2800-3000 m）；表明高山生态系统中植被对微生物代谢的显著影响，而这一影响会在全球变暖情景下减弱。本研究为高山生态系统环境梯度下土壤微生物代谢特征提供了重要见解，有助于我们理解全球变化背景下的高山生态系统土壤C动态

图  2.   环境因子对微生物C、P限制的影响。

研究成果以Extracellular enzyme stoichiometry reveals the carbon and phosphorus limitations of microbial metabolisms in the rhizosphere and bulk soils in alpine ecosystems为题发表在国际土壤学主流期刊Plant & Soil上。该研究得到国家自然科学基金（41630751和41571314），中科院“西部之光”项目（XAB2016A03）和重点研发计划（2017YFC0504504）资助。