中国科学院亚热带农业生态研究所环江喀斯特生态系统观测研究站张伟和王克林研究员团队在喀斯特植被恢复驱动土壤碳氮累积的微生物机制方面取得进展，相关研究成果近期分别以Increased soil carbon and nitrogen stocks associate with stronger calcium–microbial and multi-trophic interactions under warming和Bedrock-soil geochemistry dominates free-living nitrogen fixation in soils but not in litter via interspecific microbial associations为题发表在Global Change Biology和Communications Earth & Environment期刊上，肖丹副研究员为第一作者。
基岩地球化学性质通过影响土壤矿物和养分供给塑造不同的微生物群落结构和功能，进而影响土壤碳氮累积。在全球气候变化和植被可持续恢复背景下，喀斯特区快速碳酸盐岩风化伴随的钙输入如何通过影响微生物过程调控碳氮积累仍缺乏系统认识。
针对这一问题，本研究基于中国西南区域尺度野外采样，通过对比石灰岩与碎屑岩森林生态系统，从岩性差异与温度变化两个角度，系统探讨土壤与凋落物自生固氮速率及其与微生物互作网络的关系；结合温度升高条件，深入解析喀斯特植被恢复促进碳氮积累的微生物调控路径，从而揭示高钙环境下多营养级生物互作在土壤碳氮循环及气候变化应对中的关键作用。
结果表明：（1）与碎屑岩相比，石灰岩土壤较高的pH和交换性钙显著提高固氮菌和解磷菌丰度，增强了固氮菌、解磷菌和丛枝菌根真菌协作关系及网络稳定性，提升了土壤固氮速率。在磷有效性受限的喀斯特土壤中，解磷菌通过与固氮菌和丛枝菌根真菌的紧密互作构建复杂稳定的微生物网络，是促进土壤固氮的关键机制，强调岩性通过调控关键功能微生物类群及其互作网络促进土壤氮输入；（2）在碳氮积累方面，人工林的矿物结合有机碳、总有机碳和总氮均显著高于耕地，且碳氮耦合更为紧密。升温促进人工林中碳氮储量的增加，而耕地有机碳则随温度升高而下降；（3）这一差异主要与人工林更高的交换性钙水平、微生物残体碳氮积累以及更强的钙-微生物和跨营养级互作密切相关。富钙土壤提升土壤碳氮累积的作用机制主要体现在两个方面：其一，高钙环境通过促进微生物生长与代谢，提高微生物残体的形成与稳定，凸显钙-微生物互作在碳氮累积调控中的重要作用；其二，钙通过强化微生物之间及跨营养级生物的协同作用，构建更紧密稳定的微生态网络，从而在气候变暖背景下促进土壤碳氮的协同积累。
本研究深化了钙通过促进微生物生长及其群落间互作驱动土壤碳氮累积的机制认识，并提出了“钙-微生物-微食物网”调控模式，为喀斯特地区生态恢复及全球变化背景下碳汇提升提供了新的理论框架。该研究得到国家自然科学基金联合基金项目、国家基金重点项目、湖南省优秀青年基金、中国科学院青年创新促进会会员等项目的资助。
喀斯特和非喀斯特森林土壤和凋落物自生固氮速率的微生物驱动机制
喀斯特人工林和耕地土壤碳氮累积对温度升高的响应机制