全球尺度下地上与地下凋落物输入对土壤微生物组的差异化调控机制及其生态意义

这篇综述通过全球荟萃分析（meta-analysis）揭示了地上（叶片）与地下（根系）凋落物输入对土壤微生物组结构和功能（如微生物生物量MBC/MBN、呼吸速率及酶活性βG/AP等）的差异化影响，强调了气候类型（MAT/MAP）和生态系统（森林/草地）在调控微生物响应中的关键作用，为预测全球变化下陆地生态系统碳循环提供了理论依据。

　　

引言

土壤微生物作为地球上最丰富的生物群体，驱动着有机质分解和养分循环等关键生态功能。植物凋落物（叶片和根系）是微生物的主要资源来源，但全球环境梯度下地上与地下凋落物输入如何差异化塑造微生物组仍不明确。已有研究表明，气候变化和土地利用转型会改变凋落物输入的数量和质量，进而重塑微生物群落。然而，现有研究多局限于局部尺度或单一微生物类群，缺乏对全球生物群系的系统评估。

材料与方法

研究整合了来自94篇文献的1,509组观测数据，通过响应比（RR）量化了四种凋落物处理（叶片添加、叶片去除、根系去除、两者去除）对微生物结构（如细菌/真菌生物量、GP:GN比）和功能（土壤呼吸、酶活性）的影响。采用混合效应模型分析气候（热带/温带/寒带）和生态系统类型（常绿林/落叶林/草地）的调节作用。

结果

差异化调控效应

叶片添加使总微生物生物量和土壤呼吸分别增加7.4%和25.1%，而叶片、根系或两者去除则导致微生物生物量降低10.0%-23.5%，呼吸速率下降7.2%-33.7%。值得注意的是，根系去除对真菌生物量的负面影响（-23.0%）显著强于细菌（-9.3%），且显著提高GP:GN比（+43.7%）。

气候与生态系统的调节

在温带地区，叶片添加使细菌生物量增加38.7%，但在寒带降低15.4%。根系去除在常绿林中降低真菌生物量29.9%，而在落叶林中无显著影响。草地生态系统对叶片输入的响应强度高于森林，可能与更高的凋落物分解速率有关。

时间尺度的影响

长期实验（>100个月）中根系去除对微生物生物量的抑制效应最显著，反映了碳源持续耗竭的累积效应。

讨论

机制解析

根系通过凋落物分解和分泌物（如DOC）双重途径支持微生物生长，其去除会同时减少短期碳循环和长期稳定化底物。叶片输入则主要通过激发效应促进呼吸作用。气候变暖可能加速凋落物分解，放大叶片去除对微生物生物量的负面影响，尤其在草地生态系统中。

应用与局限

研究为全球变化下土壤碳汇预测提供了关键参数，但存在热带地区数据不足、实验时长差异等局限性。未来需标准化凋落物处理方案，并加强多因子交互作用研究。

结论

地上与地下凋落物输入通过差异化调控微生物组结构和功能，深刻影响陆地生态系统碳循环。这一发现为优化生态管理策略（如凋落物保留措施）以应对气候变化提供了科学依据。