1 Effect of field warming on soil microbial carbon use efficiency——A meta-analysis
土壤碳模型中的土壤有机碳储存对微生物碳利用效率(CUE)高度敏感，因此，要准确地预测碳储存，需要量化CUE对变暖的响应。通过对全球87个野外增温实验的结果进行荟萃分析，我们发现野外实验增温对CUE没有显著影响，CUE的平均值保持在0.35 ± 0.19 (均值 ± 标准差)。野外增温对CUE的影响与气候因素、培养温度、生态系统类型、增温方法或CUE测定方法无关。根据多模型选择，生物量特异性生长与生物量特异性呼吸的响应比能够很好地解释野外增温对CUE的影响，而增温对生物量特异性生长与生物量特异性呼吸的影响是有限的。总体而言，野外增温对CUE的影响可能归因于微生物的热适应。同样，实验室变暖对CUE的影响也不显著。我们的研究强调，目前假设CUE随着变暖而降低的土壤碳模型可能会低估未来的土壤碳储存，并呼吁更多的研究来探讨微生物群落特征对微生物CUE的调控作用。
研究成果以“Effect of field warming on soil microbial carbon use efficiency——A meta-analysis”为题发表于Soil Biology and Biochemistry期刊(IF=9.8/Q1)。我院张秋芳副研究员为第一作者，陈岳民研究员为合作作者，北京大学城市与环境学院的朱彪研究员为通讯作者。
图1 不同分类方法下对照(CT)和野外增温(W)处理的微生物CUE结果
图2 (a)土壤因素的响应比(lnRR)与气候因素对微生物CUE响应比的解释度。(b-f)微生物CUE分别与微生物生长速率、单位微生物生物量的生长速率、单位微生物生物量的呼吸速率、酚氧化酶、土壤水分的响应比的线性回归分析。(g)野外增温对微生物CUE影响的模型平均重要性
2 Soil particulate organic carbon regulates microbial carbon use efficiency in subtropical forests under nitrogen addition in different seasons
微生物碳利用效率(CUE)是土壤碳循环中不可或缺的调节因素，即使是微小的变化也会对土壤中的碳储量产生重大影响。然而微生物CUE对氮沉降的响应及其调控机制仍然未知。通过野外氮添加实验，并分析生长季节和非生长季节土壤理化性质和微生物特征，探讨了氮添加对不同季节微生物CUE的影响。结果表明，与非生长季节相比，生长季节的微生物CUE显著降低，而氮添加显著提高了生长季节和非生长季节的微生物CUE (低氮处理分别增加27%和24%；高氮添加分别增加41%和32%)。氮添加处理对两个季节的颗粒态有机碳（POC）也有积极的影响。研究发现微生物CUE与POC之间存在显著的正相关关系。进一步的偏相关分析显示，在控制POC后，其他因素与微生物CUE之间的相关性减弱或消失，而在控制土壤碳或氮的可用性和微生物活性等其他因素后，POC与微生物CUE之间的显著正相关关系仍然存在。综合来看，这一结果为POC动态与微生物CUE之间的密切关系提供了实证证据。考虑到POC的高碳可及性，这些结果强调了氮添加所导致的土壤碳可及性变化而不是碳有效性的变化对亚热带森林中微生物CUE具有重要作用。与传统默认微生物CUE为常数的模型相比，新模型应纳入氮沉降驱动的微生物CUE和土壤碳组分的变化，以更准确地预测土壤碳的固存。
研究成果以“Soil particulate organic carbon regulates microbial carbon use efficiency in subtropical forests under nitrogen addition in different seasons”为题发表于Applied Soil Ecology期刊(IF=4.8/Q2)。我院硕士生孙雪琦和博士生孙浩为共同第一作者，张秋芳副研究员与陈岳民研究员为共同通讯作者。
图3 氮添加和季节影响亚热带罗浮栲(Castanopsis faberi)林土壤微生物碳利用效率的概念图
3 Soil dissolved organic matter quality and bacterial community composition regulate the substrate-binding affinity of hydrolytic enzymes under short-term nitrogen addition
土壤酶在土壤碳和养分循环中发挥着重要作用。然而，氮添加对土壤酶动力学参数的影响及其内在机制仍不清楚。通过在亚热带针叶林(黄山松，Pinus taiwanensis)和阔叶林(罗浮栲，Castanopsis faberi)中进行野外氮添加实验，探究了短期氮添加对土壤特性、微生物特性、微生物碳降解酶(β-1,4-葡糖苷酶和纤维二糖水解酶)、氮降解酶(β-1,4-N-乙酰氨基葡糖苷酶和L-亮氨酸氨肽酶)和磷降解酶(酸性磷酸酶和碱性磷酸酶)的最大反应速率(Vm，在饱和底物浓度下达到)和米氏常数(Km，Km高表示底物亲和力低)的影响。结果发现：在阔叶林中，氮添加通过诱发微生物的缺磷响应(即微生物生物量氮:磷比增加)，增加了碳和磷降解酶的Vm和底物结合亲和力(Km下降)。这些研究结果表明，土壤酶动力学参数对氮添加的响应遵循了最佳觅食策略。此外，氮添加降低了可溶性有机质(DOM)中复杂有机分子的比例(例如，降低了腐殖类荧光团的丰度和腐殖化指数)，这表明氮添加提高了土壤DOM的质量，从而增加了碳降解酶的亲和力。氮添加增加了酸杆菌门和绿弯菌门的丰度，但降低了变形菌门和根瘤菌目的丰度，这表明微生物群落向高效获取磷的方向转变。氮添加影响了细菌的组成，从而间接影响了氮和磷降解酶。在针叶林中，氮添加显著增加了碳降解酶的Vm，但没有改变其他酶的动力学，部分原因可能是氮有效性和微生物特性不变。总之，本研究结果为酶动力学、DOM质量和微生物特性之间的关系提供了见解，这对于预测氮沉降下的土壤养分循环和碳循环模型参数化非常重要。
研究成果以“Soil dissolved organic matter quality and bacterial community composition regulate the substrate-binding affinity of hydrolytic enzymes under short-term nitrogen addition”为题发表于Geoderma期刊(IF=6.1/Q1)。我院硕士生张晓晴和博士生曾泉鑫为共同第一作者，陈岳民研究员为通讯作者。
图4 多元回归模型展示了土壤非生物和生物因子对阔叶林土壤Vm和Km的影响
4 Nutrient resorption efciency of twigs is more vulnerable to warming than that of leaves of Cunninghamia lanceolata seedlings
全球变暖是一个重要的全球性问题，可能会影响陆地生态系统中的养分循环。植物通常采用养分重吸收策略来提高养分的利用效率。在过去几十年中，关于变暖如何影响叶片的养分重吸收效率(NuRE)的研究受到了广泛关注。枝条是植物的另一个重要组成部分，枝条独特的生理特征可能使其NuRE对变暖的响应与叶片不同。然而，关于变暖如何影响枝条NuRE的认知仍然不足。通过野外增温实验(+ 5℃)我们评估了杉木(Cunninghamia lanceolata)叶片和枝条中养分浓度（氮、磷、钾、钙和镁）和NuRE对增温处理的响应。研究发现，在增温处理下，叶片的养分浓度和NuRE保持不变。相反，增温显著降低了成熟枝条的氮浓度(− 13%)，并增加了钙(+ 21%)和镁(+ 44%)的浓度。变暖显著降低了枝条的氮元素重吸收效率(−10%)、钾元素重吸收效率(− 15%)和钙元素重吸收效率(− 7%)，而镁元素重吸收效率则增加了(+ 12%)。研究还发现增温降低了枝条的水分含量，并且在衰老器官中，NuRE与养分浓度之间存在显著的负相关关系。枝条的养分浓度和NuRE对增温的敏感性高于叶片。NuRE对变暖的响应受到器官水分含量和养分水平的影响。将植物枝条的NuRE纳入养分循环建模和生态系统生产力预测中，可能提高在未来变暖情景下预测的准确性。
研究成果以“Nutrient resorption efciency of twigs is more vulnerable to warming than that of leaves of Cunninghamia lanceolata seedlings”为题发表于Plant and Soil期刊(IF=3.9/Q2)。我院博士生孙浩为第一作者，张秋芳副研究员与陈岳民研究员为共同通讯作者。
图5 叶片和枝条中氮(N)、磷(P)、钾(K)、钙(Ca)和镁(Mg)的养分浓度与重吸收效率之间的关系
