基于微生物残体动态解析干旱与湿润高寒草地恢复过程中土壤碳限制的水分驱动分异机制

针对青藏高原生态恢复中土壤有机碳(SOC)固存机制不清的问题，研究人员通过多生物标志物(氨基酸糖、木质素酚等)技术，揭示了水分梯度下微生物残体与植物源碳的差异化贡献。研究发现干旱区以真菌残体主导SOC(占33.9–52.2%)，湿润区则受pH和C/N调控的植物-土壤反馈主导，为高原碳汇管理提供了微生物调控新视角。

　　

在全球气候变化背景下，土壤碳汇功能日益受到关注。作为"亚洲水塔"的青藏高原，其高寒草地储存着全球30%的土壤有机碳(SOC)，但90%的草地已出现退化。尽管中国实施了"退牧还草"等生态工程，恢复过程中SOC的积累机制仍存在两大谜团：一是植物源碳与微生物源碳的贡献如何随水分梯度变化；二是传统研究忽视深层土壤(含50%碳储量)的碳动态。更棘手的是，高原上自然形成了干旱与湿润两种退化草地类型，其恢复轨迹可能截然不同——前者可能依赖微生物的"碳泵"效应，后者则可能受植物-土壤反馈调控。这种认知缺口严重制约了"基于自然的气候解决方案"(NbS)的精准实施。

针对这些挑战，中国科学院等机构的研究团队在若尔盖县选取了干旱与湿润两种恢复序列样地，采用生物标志物指纹技术揭示了SOC的来源之谜。研究通过氨基酸糖(区分真菌GluN与细菌MurA)、木质素酚和植物脂类标记物，结合多变量统计分析，首次量化了水分梯度下微生物残体与植物残体对SOC的差异化贡献。

主要技术方法
研究采用空间替代时间法建立恢复时间序列(1–15年)，采集0–100 cm分层土壤。通过气相色谱-质谱联用(GC-MS)测定氨基酸糖、木质素酚和长链脂肪酸等生物标志物，结合δ¹³
C稳定同位素分析碳来源。采用方差分析和结构方程模型(SEM)解析驱动因子。

研究结果

SOC含量在干旱与湿润恢复序列中的变化
水分梯度导致SOC积累呈现"双轨制"：湿润区SOC呈现先激增后下降的双相动态，最高达147.20±26.99 g/kg(表土)，但后期出现48.7%的底土流失；而干旱区SOC稳定增长至17.48±1.36 g/kg，且微生物残体贡献率始终维持在33.9–52.2%。

讨论
研究发现真菌残体是SOC形成的"主力军"，其含量是细菌源的2.72–8.89倍。在干旱区，木质素酚的富集(较未恢复样地增加235.8–305.7%)触发了"微生物碳泵"(MCP)效应；湿润区则通过pH和C/N调控的"酶锁"机制促进植物源碳积累。深层土壤(30–100 cm)的碳动态首次被揭示：干旱区底土碳稳定性显著高于湿润区，这与微生物残体的"封存效应"密切相关。

结论
该研究突破了传统植物中心论的SOC模型，证实了水分梯度通过"微生物主导-植物反馈"双路径调控碳汇功能。干旱区应强化MCP调控策略，而湿润区需优化土壤理化性质(pH≈6.5,C/N≈12)。研究成果为青藏高原生态屏障工程提供了精准的碳管理框架，被国际期刊《CATENA》收录。研究团队Xianzhi Deng等强调，未来应关注气候变化下水分格局改变对微生物残体稳定性的长期影响。