2025年5月20日，草地生态系统管理团队依托山西右玉黄土高原草地生态系统定位观测研究站在国际农林科学2区期刊Plant and Soil (IF₂₀₂₄ =3.9)上在线发表研究性论文“Interactive effects of nitrogen addition and drought on soil microbial carbon use efficiency in saline-alkaline grasslands of northern China”。草业学院青年教师刁华杰为第一作者，草业学院董宽虎教授和赵祥教授为通讯作者。研究团队通过野外控制实验（全球变化联网实验平台-右玉站）探究了氮添加和降水变化对晋北盐渍化草地土壤微生物碳利用效率的影响，为我国北方农牧交错带盐渍化草地科学管理和增汇措施的制定提供数据支撑。

全球变化联网实验平台-右玉站

土壤微生物碳利用效率（CUE）是指微生物将吸收的碳转化为自身生物量碳的比例，是陆地生态系统碳循环过程的重要生理生态学参数，影响着土壤碳的周转及土壤碳固持能力。然而，氮添加、降水变化及其交互作用对草地土壤微生物CUE的影响仍不清晰。该研究依托2018年建立的全球联网实验平台开展。通过氧同位素标记法（H₂¹⁸O）测定土壤微生物碳转化过程，计算微生物CUE，探究微生物CUE对氮添加和降水变化的响应。

图1 氮添加和降水变化对土壤微生物碳吸收速率（C_uptake）、微生物生长速率（C_growth）和微生物呼吸速率(C_respiration)的影响。

如图1所示，分析了土壤微生物碳转化过程。结果表明，在对照处理下，土壤微生物碳吸收速率（C_uptake）、微生物生长速率（C_growth）和微生物呼吸速率(C_respiration)分别为767.08，1551.12，和784.05 ng C g^-1 soil h^-1。在干旱条件下，氮添加显著降低土壤C_growth（35.7%）、C_uptake（29.6%）和C_respiration（24.7%）。通过配对T-test分析表明，与对照相比，C_growth在氮添加耦合减水处理下显著降低了23.8%。

图2 氮添加和降水变化对土壤微生物碳利用效率（CUE）和碳周转时间（microbial biomass turnover time）的影响

如图2所示，晋北盐渍化草地土壤微生物CUE范围为0.29-0.59，平均土壤微生物CUE为0.46（图2a）。不同处理下土壤CUE无显著差异（图2a）。同时计算了土壤微生物CUE的相对变化，配对T-test结果表明与对照相比，在NP_-50%处理下，土壤微生物CUE显著降低了16.3%（图2b）。在Control、N、P_+50%、P_-50%、NP_+50%和NP_-50%处理下的微生物生物量周转时间分别为15.6 d、15.9 d、18.5 d、19.4 d、20.8 d和26.9 d（图2c）。配对T-test分析结果显示，NP_-50%处理下微生物生物量的周转时间较对照显著提高了96.0%（图2d）。

图3 氮添加和降水变化对土壤真菌和细菌丰度的影响及其与土壤微生物碳利用效率（CUE）的关系

图4 土壤微生物碳利用效率（CUE）与相关生物和非生物因子的关系

图5 基于随机森林模型的不同因子对土壤微生物CUE的相对贡献（a）及基于方差分解的植物、速效养分、土壤环境和土壤微生物对土壤微生物CUE的相对贡献（b）

如图3-5所示土壤微生物CUE与真菌丰度和DOC负相关；与细菌丰度、植物生产力、SWC正相关；随着土壤pH呈先升高后降低的趋势。随机森林（RF）分析表明地上植物生物量、土壤真菌和SWC是影响土壤微生物CUE最重要的因素。方差分解（VPA）分析表明植物、土壤环境、土壤速效养分和微生物共同调控着氮添加和降水变化下土壤微生物CUE的变化。

参考文献

Diao HJ., Wang JJ., Chen YC., Gao YY., Liang WJ., Pang GL., Bian JC., Wang JY., Hao J., Wang CH., Zhao X., Dong KH. Interactive effects of nitrogen addition and drought on soil microbial carbon use efficiency in saline–alkaline grasslands of northern China. Plant and Soil, 2025. https://doi.org/10.1007/s11104-025-07483-7