植被恢复是全球改善生态环境的重要措施，能够增加土壤有机碳（SOC）积累，但气候变暖下土壤碳排放增加可能会阻碍通过植被恢复进行SOC固存。土壤微生物碳利用效率（CUE）和激发效应（PE）对SOC动态至关重要，但植被恢复过程中这两种微生物驱动机制以及测定方法的不确定性限制了准确评估植被恢复对土壤碳固存的影响。
基于此，东北师范大学生物地球化学组在中国黄土高原采集农田和从农田恢复的森林土壤，在两个温度条件下进行短期培养实验，评估了植被恢复对微生物CUE和PE的影响。研究中CUE的测定方法采用了现有的四种方法：18O标记水、13C标记葡萄糖、13C标记凋落物和化学计量模型法。结果表明，四种方法估算的微生物CUE范围为0.10至0.84，其中18O法估算的 CUE 最低（0.10~0.21），13C法估算的CUE最高（0.50~0.84）。微生物CUE随温度升高而下降，用18O法估算时，在森林中的下降幅度大于农田。葡萄糖或凋落物的添加诱导了正PE，以氮开采机制为主导。植被恢复减轻了微生物氮限制并降低了相对PE。随着温度升高，相对PE下降，在农田中的下降幅度大于森林。本研究表明，植被恢复通过增加微生物CUE和降低PE促进了SOC积累，但气候变暖会抵消森林的积极作用，不利于植被恢复增加SOC固存的可持续性。同时了解微生物CUE和PE对气候变化的生态系统特异性响应有助于更好地揭示植被恢复对SOC积累的影响机制和过程，对于确定有利于土壤碳固存的生态系统管理至关重要。
研究成果以“Temperature effects on microbial carbon use efficiency and priming effects in soils under vegetation restoration”为题发表在Catena期刊上。生物地球化学组博士生杨静怡、王梓橦为共同第一作者，白娥教授为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、重点研发计划、中央高校基本科研业务费和吉林省教育厅自然科学基金的支持。
图1 用不同方法估算植被类型和培养温度对微生物CUE的影响
图2 植被类型和培养温度对激发效应的影响
图3 农田和森林土壤微生物CUE、激发效应和土壤呼吸响应温度升高的概念图
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