干旱梯度下柠条锦鸡儿人工林根际与非根际土壤微生物碳氮限制的差异化策略

为解决干旱条件下微生物养分限制机制不清的问题，来自中国的研究团队通过整合宏基因组测序与胞外酶活性(EEA)分析，揭示了柠条锦鸡儿人工林根际与非根际土壤中微生物碳氮限制的差异化响应模式。研究发现：根际微生物碳限制随干旱加剧而增强但氮限制减轻，非根际土壤则呈现阈值型响应；氮循环酶是预测养分限制的关键指标，而碳循环酶和功能基因分别在根际与非根际起主导作用。该研究为干旱区生态恢复提供了重要理论依据。

　　

土壤胞外酶和微生物功能基因在调控碳(C)、氮(N)、磷(P)循环中扮演关键角色，通过介导养分转化维持土壤生化平衡。然而，干旱条件下功能基因如何响应微生物养分需求来调控酶化学计量仍知之甚少。这项研究创新性地结合宏基因组测序与胞外酶活性(EEA)分析，揭示了柠条锦鸡儿人工林根际与非根际土壤中，微生物C-N-P循环基因与胞外酶化学计量(EES)——特别是表征微生物碳限制的矢量长度和反映氮磷限制比例的矢量角度——沿干旱梯度的响应规律。

研究发现，根际与非根际土壤微生物群落均面临碳氮限制，但表现出截然不同的适应策略。在根际微域，干旱加剧会强化微生物碳限制却缓解氮限制，这很可能源于根系分泌物减少与柠条锦鸡儿固氮能力增强的双重作用。而非根际土壤则展现出阈值型响应：低干旱度时氮限制加剧，但当干旱指数(AI)突破临界阈值(<0.24)后反而减轻；碳限制仅在较高干旱水平(AI<0.285)才显现。这些动态变化暗示着有机质输入的缓冲作用与微生物氮周转的增强，凸显了旱区生态系统养分限制的非线性特征。

通过偏最小二乘路径模型(PLS-PM)解析发现，氮循环酶是预测两大微域养分限制的主要指标。但有趣的是，碳循环酶在根际起主导作用，而碳氮相关功能基因在非根际影响更大，这种区室特异性策略为理解干旱胁迫下微生物的生存智慧提供了新视角。该研究不仅深化了对柠条锦鸡儿人工林C-N-P循环机制的认识，更为旱区土地退化防治与植被-土壤系统管理提供了科学依据。