黄土高原是我国典型的生态脆弱区，发挥着西部生态屏障重要功能。自上个世纪90年代，为了控制水土流失和土地退化，黄土高原实施了大规模的植被恢复工程；草地恢复是生态恢复的一种重要手段，黄土高原草地恢复以后生态环境有所改善，土壤碳汇能力也显著提升。

　　作为生物地球化学循环的“引擎”，土壤微生物在调节碳氮循环方面起着关键作用。尽管微生物通过多种途径影响土壤碳和氮的积累和损失，但微生物碳利用效率(CUE)和氮利用效率(NUE)是一个综合指标，可以反映这些过程的平衡，并表达土壤碳和氮积累-损失之间的双重动态。较高的CUE和NUE一般有利于土壤碳和氮的存储，因此，量化土壤微生物CUE和NUE对黄土高原草地恢复过程中土壤碳和氮动态变化至关重要。

　　鉴于此，我室黄土关键带与生态环境安全团队杨阳研究员联合加拿大阿尔伯塔大学、德国卡塞尔大学、西北农林科技大学等多家科研单位，首先建立了黄土高原草地恢复过程中土壤化学计量调控CUE和NUE的微生物过程理论框架（图1），然后利用¹⁸O-H₂O方法测定了土壤CUE和NUE，探究黄土高原草地恢复过程中土壤CUE和NUE动态变化特征。结果表明：草地恢复增加了土壤微生物C、N含量，微生物C、N吸收率以及CUE和NUE，降低了土壤C:N阈值比例，这主要是由于草地恢复后微生物生物量和酶化学计量失衡的协同作用所致，其中土壤微生物CUE和NUE主要受土壤pH值影响。最后，我们提出了土壤微生物调节碳、氮过程的养分限制概念图，即土壤碳氮磷的化学计量失衡限制了微生物驱动碳、氮动态过程（图2）。这项研究强调了黄土高原草地恢复过程中土壤化学计量在调节土壤碳、氮循环的重要性，为提高我国草地土壤微生物固碳能力及应对全球气候变化提供了理论依据。

　　图1 土壤化学计量调控CUE和NUE的微生物过程的理论框架

　　图2 黄土高原草地土壤化学计量平衡调节微生物CUE和NUE途径

　　该成果于近日在环境科学领域的国际知名期刊Science of the Total Environment上发表，得到了国家自然科学基金（42377241; 42107282）、中国科学院青促会专项（2023430）和国家留学基金委（202104910149）等项目的共同资助。

　　相关文章链接：

　　https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0048969724017972

　　Jiaojiao Liao, Yanxing Dou, Baorong Wang, Anna Gunina, Yang Yang**, Shaoshan An, Scott X. Chang. (2024). 

Soil stoichiometric imbalances constrain microbial-driven C and N dynamics in grassland. 

Science of the Total Environment. 171655. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.171655