近日，水土保持科学与工程学院（水土保持研究所）黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室邓蕾研究员团队，在生态环境领域顶级期刊Global Change Biology发表了题为“Soil organic carbon increases with decreasing microbial carbon use efficiency during vegetation restoration”的研究论文。中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心博士研究生石经玮为论文第一作者，邓蕾研究员为通讯作者。
微生物碳利用效率（CUE），作为衡量土壤中有机碳（SOC）累积和流失的关键指标，对于解析陆地生态系统在面对气候变化时的响应至关重要。尽管CUE被认为具有预测全球土壤有机碳动态变化的潜力，但在生态系统恢复进程中CUE与SOC之间的关系仍存在诸多争议，这影响了对气候变化背景下土壤固碳能力的精确预测。
为了澄清这些问题，邓蕾研究员的团队结合了黄土高原地区的实地监测数据与全国范围内的样本点数据，通过化学计量模型分析了植被恢复期间CUE的变化模式及其与SOC的关系。研究发现：在弃耕地逐渐演变为地带性顶级群落的过程中，土壤中的有机碳含量逐步上升，同时CUE从0.35降至0.28，两者呈现出一种权衡关系。一旦植被恢复到形成地带性的顶级森林，由于森林土壤表现出较高的激发效应以及微生物磷限制，导致森林的碳固定速率减缓，碳库趋于稳定。研究还揭示，无论是黄土高原的数据还是全国范围的数据集均表明，土壤pH值是影响CUE变动的最主要因素，并直接决定了CUE的水平。
本研究表明，在长期的植被恢复直至成熟森林阶段，随着土壤微生物CUE的降低，土壤碳库会达到饱和，生态系统的固碳速率也会相应减慢，其应对气候变化的能力可能减弱。因此，有必要加强对成熟森林碳汇的管理，以确保这些森林能够持续有效地发挥其固碳功能。此研究首次大规模评估了自然植被恢复过程中CUE与SOC之间的关系，对于提升我们对全球变化下碳循环模型的理解具有重要意义。
该研究得到国家自然科学基金（42277471）和国家自然科学基金联合基金重点项目（U2243225）等资助。
