全球草地生态系统微生物残体碳的分布与积累机制解析

针对全球草地生态系统中微生物残体碳(MNC)分布与积累机制不清的问题，研究人员通过整合61篇文献的565组数据，首次量化了荒漠(D)、荒漠草原(DS)、典型草原(TS)和草甸草原(MS)中MNC的分布特征。研究发现TS和MS的MNC含量(16.44和14.99 mg·g?1 )显著高于D和DS，且真菌残体碳(FNC)对土壤有机碳(SOC)的贡献(30.87%)高于细菌残体碳(BNC)(17.56%)。该研究为验证草地"碳泵理论"提供了重要依据。

　　

在全球气候变化背景下，土壤作为陆地生态系统最大的碳库，其有机碳(SOC)的稳定机制一直是学界关注的焦点。微生物残体碳(Microbial necromass carbon, MNC)被认为是持久性土壤碳库的重要贡献者，但不同草地类型中MNC的分布规律和积累机制尚未在全球尺度上得到系统量化。这一问题的重要性在于：草地储存着全球30%的土壤碳，而微生物通过"体内周转"和"体外修饰"双重途径影响着碳循环过程——既分解有机物释放CO₂
，又将外源碳转化为稳定的微生物残体。然而，现有研究多局限于局部区域，缺乏对不同草地类型MNC贡献率的比较，更不清楚环境因子与土壤特性如何调控这一过程。

为填补这一空白，国内研究人员开展了一项整合分析研究，论文发表在《Ecological Indicators》期刊。团队从61篇同行评议文章中提取565组观测数据，根据地缘坐标将草地划分为荒漠(D)、荒漠草原(DS)、典型草原(TS)和草甸草原(MS)四种类型。通过量化氨基酸糖(氨基葡萄糖GluN、胞壁酸MurA等)生物标志物，计算了真菌残体碳(FNC)和细菌残体碳(BNC)含量；运用随机森林分析和结构方程模型(SEM)解析了环境与土壤因子对MNC的影响机制。

关键技术方法包括：(1) 基于Web of Science和中国知网的文献数据挖掘，使用GetData Graph Digitizer软件提取图表数据；(2) 采用标准化计算公式将GluN和MurA转化为FNC和BNC；(3) 通过Mantel检验和线性混合效应模型分析环境因子相关性；(4) 运用随机森林评估预测因子重要性；(5) 构建SEM模型量化多因子交互作用。

研究结果揭示：

1. 氨基酸糖分布特征
   TS和MS的氨基葡萄糖含量(1414.72和1370.91 μg·g^?1
   )显著高于DS和D。MS的GluN/MurA比值(23.71)最高，表明其真菌残体贡献更突出。

2. MNC贡献特征
   TS的MNC含量最高(16.44 mg·g^?1
   )，D最低(2.19 mg·g^?1
   )。但MNC对SOC的贡献呈现TS(56.16%)>DS(51.91%)>D(47.00%)>MS(38.69%)的规律，FNC贡献(30.87%)普遍高于BNC(17.56%)。

3. 影响因子解析
   随机森林显示：荒漠区MNC主要受海拔和黏土含量调控，而典型草原和草甸草原则主要受SOC和总氮(TN)驱动。SEM模型表明：年降水量(MAP)和黏土含量正向影响D和DS的FNC/BNC，而TN是TS和MS的主要调控因子。

讨论与结论指出三个重要发现：
首先，气候条件塑造了MNC的空间格局。寒冷湿润的MS虽然微生物活性受限，但真菌残体更易通过单宁复合物等形式稳定保存；而干旱区D和DS则依赖黏土矿物的物理保护机制。

其次，微生物生存策略决定碳汇功能。真菌凭借厚细胞壁和菌丝网络结构，其残体比细菌更难分解，这解释了为什么FNC对SOC的贡献普遍高出BNC近一倍。特别是在养分匮乏的D和DS生态系统，微生物残体成为SOC的重要"稳定器"。

最后，氮循环在碳固定中扮演双重角色。一方面，TN促进微生物合成蛋白质和细胞壁组分；另一方面，氮添加可能通过酸化土壤抑制分解作用。这种微妙平衡使得TN成为影响TS和MS碳汇功能的关键杠杆。

该研究首次在全球尺度上绘制了草地MNC分布图谱，为理解微生物驱动的碳泵理论提供了实证支持。未来研究需向深层土壤拓展，并加强极端气候区数据采集，以更全面预测气候变化下的碳循环响应。这些发现对优化草地管理、提升土壤碳汇功能具有重要指导价值。