中国典型生态脆弱区土壤微生物碳氮磷化学计量比的环境梯度特征及其生态意义

本研究针对生态脆弱区土壤微生物C:N:P化学计量比(MBC:MBN:MBP)的分布格局及驱动机制这一关键科学问题，通过在中国三大气候带典型脆弱区设置样带，采用氯仿熏蒸提取法测定表层土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)、磷(MBP)。研究发现脆弱区微生物生物量显著低于全球均值但化学计量比更高，其比值呈现纬度梯度非线性变化且受土壤化学性质(>62%)和植被特征主导，为脆弱生态系统养分限制机制和恢复实践提供了新见解。

　　

在全球气候变化加剧生态脆弱区退化的背景下，土壤微生物作为陆地生物地球化学循环的核心驱动者，其碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征(MBC:MBN:MBP)直接关系到土壤肥力维持和全球变化响应。然而，生态脆弱区作为不同生态系统间的过渡带，具有稳定性差、易退化等特点，其微生物化学计量规律是否遵循全球模式仍属未知。中国科学院西北生态环境资源研究院的研究团队在中国西南喀斯特地区、青藏高原、黄土高原等典型脆弱区沿气候梯度设置3条总长4300公里的样带，采集152个样点的表层土壤(0-20 cm)，系统研究了微生物生物量化学计量特征及其环境驱动机制。相关成果发表在《Geodesy and Geodynamics》上，为脆弱生态系统恢复提供了理论依据。

研究采用氯仿熏蒸提取法测定微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)、磷(MBP)，结合土壤理化性质分析和植被调查，运用非线性回归计算化学计量稳态指数(H)，通过方差分解(VPA)和冗余分析(RDA)解析环境因子的相对贡献。

3.1 微生物生物量化学计量特征
数据显示脆弱区MBC(190.1 mg kg^-1)、MBN(20.5 mg kg^-1)和MBP(7.1 mg kg^-1)均显著低于全球均值，但MBC:MBN(9.7)、MBC:MBP(48.4)和MBN:MBP(4.3)更高。高山森林和灌丛的微生物生物量最高，而温带荒漠最低，反映植被类型显著影响微生物养分积累。

3.2 纬度格局与稳态特征
MBC、MBP及比值呈现显著非线性纬度格局：MBC和MBC:MBN随纬度先降后升，MBN:MBP则呈相反趋势。稳态分析显示MBC、MBN、MBP浓度呈弱可塑性至弱稳态(1.4<>

3.3 环境因子驱动机制
土壤化学性质(4.3%)和植被特征(1.8%)是主要驱动因素，其中NDVI(归一化植被指数)和土壤有机碳分别贡献12.5%和12.2%的解释量。土壤pH通过影响元素有效性间接调控微生物群落，而地形和气候因子主要通过协同作用产生影响。

讨论与结论
该研究首次揭示了中国生态脆弱区微生物化学计量的独特格局：虽然生物量浓度较低反映养分限制压力，但严格的化学计量稳态表明微生物通过调整养分利用效率(如酶活性变化)和群落结构来适应环境压力。这一发现挑战了传统认为脆弱区微生物适应性弱的观点，为理解过渡带生态系统稳定性维持机制提供了新视角。研究强调在生态恢复中需重点关注土壤氮磷有效性提升和植被覆盖改善，这对实现"碳中和"背景下的脆弱区可持续管理具有重要指导意义。