科研進展
西北高原所海北站發(fā)現(xiàn)高寒草地深層土壤有機碳對氣候變暖、變冷的響應(yīng)由微生物群落組成而非分子結(jié)構(gòu)決定
作為氣候變化的敏感區(qū)，高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)土壤有機碳庫在調(diào)節(jié)陸地碳循環(huán)-氣候反饋的方向和幅度中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。已有研究集中在氣候變化尤其是短期氣候變暖對表層土壤有機碳變化及微生物群落特性的影響，目前關(guān)于長期氣候變化對不同土層深度土壤有機碳的影響途徑仍存在爭議，尤其是缺乏氣候變冷如何影響土壤有機碳分子組分和微生物群落特性及其相互作用關(guān)系研究。
中國科學(xué)院西北高原生物研究所高寒生態(tài)系統(tǒng)與全球變化研究團隊依托2007年在青海海北高寒草地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站建立的“山體垂直帶雙向移栽實驗”平臺，基于生物標(biāo)志物技術(shù)，并借助貝葉斯Meta統(tǒng)計分析在估計研究間異質(zhì)性和合并效應(yīng)量方面的優(yōu)勢（尤其在納入研究數(shù)量較少時）、獨特的后驗分布估計、靈活的參數(shù)設(shè)置和便利的結(jié)果圖形化展示方法等特點，創(chuàng)新性地采用貝葉斯Meta分析方法分析控制實驗數(shù)據(jù)，對多組處理、對照實驗進行了歸納性總結(jié)，進而系統(tǒng)評估量化了增溫、降溫16年后高寒草甸表層（0-10 cm）和亞表層土壤（20-30 cm）有機碳含量的影響因素（包括植物生物量和多樣性、土壤理化性質(zhì)、植物源碳組分，微生物源碳組分以及微生物群落特性等）的變化及其與有機碳含量的關(guān)系。
研究發(fā)現(xiàn)，高寒草甸亞表層土壤有機碳對增溫、降溫的響應(yīng)較表層更為敏感，無論是增溫還是降溫，均未引起亞表層土壤中植物和微生物源碳組分的顯著變化。然而，增溫使真菌與細菌生物量比值（F/B）和革蘭氏陽性細菌與革蘭氏陰性細菌生物量比值（G+/G-）分別增加15.0%和8.6%，而降溫則使其分別降低4.5%和9.6%。進一步分析發(fā)現(xiàn)，增溫主要通過增加F/B和G+/G-直接減少土壤有機碳庫的積累，同時降低土壤碳氮比間接減少亞表層土壤有機碳含量，而降溫則主要通過降低F/B增加亞表層土壤有機碳含量。如果只考慮增溫而不考慮降溫的作用，傳統(tǒng)的增溫控制實驗可能會低估氣候變暖對高寒草地亞表層土壤有機碳庫的消極作用。該研究為更好地解釋和預(yù)測未來氣候變化背景下高寒草地生態(tài)系統(tǒng)土壤碳庫的形成與變化提供了新的理論依據(jù)。
該研究成果于2025年7月15日以?Responses of subsoil organic carbon to climate warming and cooling is determined by microbial community rather than its molecular composition?為題發(fā)表在生態(tài)學(xué)頂級學(xué)術(shù)期刊?Ecology Letters（中國科學(xué)院1區(qū)TOP，五年IF=9.4）。西北高原所博士研究生李宇章為第一作者，張振華研究員為通訊作者。中國科學(xué)院青藏高原研究所汪詩平研究員、北京大學(xué)賀金生教授與朱彪教授、蘭州大學(xué)井新教授、青海大學(xué)趙新全教授、四川師范大學(xué)胡宜剛教授等也參與了研究。該研究得到了西部之光-重點實驗室專項?交叉團隊項目、國家自然科學(xué)基金面上項目和第二次青藏高原科學(xué)考察項目的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1111/ele.70162
除此之外，高寒生態(tài)系統(tǒng)與全球變化研究團隊還闡明了2009-2022年間祁連山南麓高寒草地不同海拔土壤有機碳時空變化特征及驅(qū)動因素，相關(guān)研究結(jié)果于2025年3月25日發(fā)表在全國期刊生物類Q1區(qū)《應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報》上。
論文鏈接：http://10.19675/j.cnki.1006-687x.2024.03028
圖1? 雙向移栽實驗設(shè)計
圖2? 增溫和降溫對表層土壤（0-10 cm）和亞表層土壤（20-30 cm）中有機碳、植物源碳組分、微生物源碳組分以及微生物群落特性的影響
圖3? 影響土壤有機碳含量的主要因子的隨機森林模型分析
圖4? 影響土壤有機碳含量的直接和間接因素的貝葉斯分段結(jié)構(gòu)方程模型分析
