微生物生物量而非多样性驱动西班牙圣栎生态系统土壤碳氮矿化过程

土壤微生物群落对生态系统功能的影响机制尚不明确，本研究通过构建碳氮循环模型，结合西班牙18个圣栎林地的微生物生物量与多样性数据，揭示微生物生物量对碳(C)和氮(N)矿化速率的线性控制作用，而多样性影响微弱且负面。该研究为生态系统模型优化提供了关键参数依据，发表于《Geoderma》。

　　

土壤是地球最大的陆地碳库，其碳循环过程直接影响全球气候变化。微生物作为土壤有机质分解和养分转化的核心驱动者，其生物量和多样性特征如何调控碳氮矿化速率，一直是生态学和土壤科学领域的焦点问题。传统模型多忽略微生物的主动作用，而新兴研究则强调微生物属性对生态系统功能的潜在影响，但两者间的定量关系仍存在巨大争议。西班牙圣栎生态系统的独特性和脆弱性，为解析这一科学问题提供了理想研究场景。

西班牙国家研究委员会等机构的研究团队在《Geoderma》发表论文，通过整合18个圣栎林地采样点的土壤理化数据、微生物生物量（采用底物诱导呼吸法SIR测定）和多样性指标（基于ITS1和16S rRNA基因测序），构建了包含微生物生物量指数γ和多样性指数β的碳氮耦合模型。研究采用贝叶斯数据同化框架（DRAM算法）进行参数优化，并通过10折交叉验证评估模型性能。

微生物生物量的主导作用
数据分析显示，异养呼吸速率与微生物生物量呈显著正相关（R²=0.92），模型参数γ≈1表明二者存在近线性关系。这种关系在不同土地利用类型中表现一致，但氮矿化速率的相关性较弱（R²=0.36），可能与土壤C:N比接近阈值元素比TER（约22）有关。

多样性的微弱效应
尽管测试了15种多样性指标（包括真菌功能群），但所有模型中β值均为负（10^-3量级），表明高多样性可能轻微抑制矿化过程。这与实验室低多样性体系的研究结论相反，暗示自然生态系统中微生物功能冗余可能削弱多样性效应。

土地利用的调节机制
分层校准显示，dehesas（疏林牧场）的分解速率常数k₀显著低于森林和开阔林地，反映放牧活动通过改变凋落物质量和微环境间接影响微生物功能。

该研究首次在区域尺度验证了微生物生物量对碳氮循环的线性控制规律，为生态系统模型引入γ参数提供了实证支持。尽管多样性效应不显著，但研究者指出未来应关注功能性状（如Y-A-S策略）而非分类学指标。这项成果不仅深化了对地中海生态系统碳循环机制的理解，也为全球变化背景下土壤碳汇预测模型的改进指明了方向。