该文章采用Meta分析的方法，探讨了全球草地生态系统土壤呼吸对外源磷添加的一般响应模式和相关驱动因素（气候因素、土壤理化性质、实验因素）。同时提出了合理的施肥管理方法，为政策者和研究者提供了更详细和有意义的信息。
结果表明：
磷添加使全球草地生态系统土壤呼吸显著增加了9.20%，其中使得温带草地生态系统显著增加了12.78%，而对高寒和热带草地生态系统的土壤呼吸没有显著影响。土壤有效磷是影响磷添加条件下草地土壤呼吸的关键环境因素之一。
人类活动增加了磷的输入，破坏了土壤养分的内部平衡，对陆地碳循环过程产生了重大影响。尽管土壤呼吸在维持全球碳平衡和调节大气中的CO2浓度方面起着关键作用，但全球草地生态系统中土壤呼吸对磷添加的一般响应模式尚不清楚。Meta分析作为一种能够将有相同研究目的且相互独立的多个实验研究的结果进行定量组合分析的方法，对于分析全球草地生态系统在磷添加下的土壤呼吸排放潜力及其影响因素至关重要。
本研究通过对来自全球41项研究中的75个独立研究点进行Meta分析（图1），对草地生态系统中土壤呼吸对磷添加的响应及其影响因素进行探索。重点关注：
（1）磷添加对全球不同草地生态系统土壤呼吸及其组分影响的响应规律是怎样的？
（2）磷添加下草地生态系统土壤呼吸的响应与气候因素、土壤理化性质和实验因素的关系是怎样的？
图1. Meta分析中研究点位的全球分布。
磷添加使全球草地生态系统土壤呼吸显著增加了9.20%，其中使得温带草地生态系统显著增加了12.78%，而对高寒草地生态系统和热带草地生态系统的土壤呼吸没有明显影响（图2）。由于草地生态系统碳储量高，且本研究显示磷添加对土壤呼吸有显著的积极影响，表明未来全球外源磷负荷的增加将不可避免地破坏草原碳平衡。
图2. （a）磷添加下土壤呼吸（RS）、异养呼吸（RH）、自养呼吸（RA）及其土壤理化指标加权响应比；（b、c、d）以及不同草地类型下土壤呼吸和土壤理化指标对磷添加的响应。
当持续施肥时间小于5年时，磷添加对草地生态系统的土壤呼吸有显著影响（图3）。此外，当磷肥的施用量为50-99 kg ha-1yr-1时，显著增加了草地生态系统的土壤呼吸。因此，在磷沉降不断增加的情况下，为了控制全球草原生态系统的土壤碳排放，政策制定者应该更加重视控制外源磷负荷。
图3.土壤呼吸(RS)、异养呼吸(RH)和自养呼吸(RA)对磷添加下不同实验条件的加权响应比。
结果表明，土壤中速效磷含量是检验草地生态系统中磷添加如何影响土壤呼吸及其组成的假设的关键因素之一。结果表明，土壤有效磷和气候因子（年平均温度和年平均降水量）对草地生态系统中土壤呼吸的响应有直接或间接的影响（图4）。
图4.（a）结构方程模型(SEM)描述了磷对土壤呼吸响应比(RR of RS)的多元影响;(b) 磷添加效应的预测因子对RS的模型平均重要性。
该Meta分析是首次全面研究磷添加对草地生态系统土壤呼吸及其组分的影响。基于上述研究结果，提出了一个潜在的机制来解释磷添加对土壤呼吸及其成分的影响（图5）。具体来说，磷添加直接提高了土壤磷的有效性，促进了地上生物量和地下生物量的增长，并进一步增强了土壤根系的活力。植物生物量的增加导致更多的碳通过枯落物和植物根系进入土壤），这刺激了微生物的活动。此外，在氮限制的生态系统中，磷的添加促进了土壤氮磷耦合，导致土壤总磷、土壤可利用磷和土壤铵态氮显著增加，而使土壤总氮显著减少。因此，磷添加通过增加植物对土壤氮的吸收，导致土壤总氮减少和微生物可利用氮源减少。同时磷添加可能通过直接改变群落组成、微生物生长和碳利用效率来改变微生物生物量，从而影响异养呼吸过程。这些影响过程最终通过影响自养呼吸和异养呼吸两个部分，进而影响土壤呼吸。
图5. 磷添加对土壤呼吸及其两个组分(自养和异养呼吸)的潜在机制。
磷添加导致全球草地生态系统土壤呼吸显著增加9.20%，未来全球外源磷负荷的增加将不可避免地破坏草地碳平衡。土壤有效磷是检验草地生态系统中磷添加如何影响土壤呼吸及其组成的假设的关键因素之一。不同的试验变量对草地土壤呼吸的影响也不同，当施肥持续时间<5年时，磷添加对草地生态系统土壤呼吸有显著影响。本研究为更好地理解在磷输入增加的情况下草地生态系统碳循环的动力学和机制提供了一个框架。同时提出了合理的施肥管理方法，为政策者和研究者提供了更详细和有意义的信息。
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平台编辑｜史航
