草地生态系统储存了约20%的陆地土壤碳，并对降水格局变化高度敏感。气候变化驱动的冬季积雪格局变化改变了水文过程与土壤微气候，进而显著影响草地土壤碳动态。微生物作为土壤碳循环的关键驱动者，其碳利用效率、群落组成及残体积累直接影响土壤碳积累。然而，长期积雪变化如何通过微生物过程影响不同土层土壤碳积累与稳定，尤其是表层与深层土壤响应机制是否存在差异尚不清楚。
针对上述问题，中国科学院植物研究所北方草地生态学与可持续发展研究团队依托温带草甸草原长期降雪控制实验平台，连续监测不同土层（0—70cm）有机碳动态，利用宏基因组和同位素技术分析了土壤微生物群落属性（生物量、多样性、组成）、生理特征（生长、呼吸、碳利用效率）及残体积累，同时结合热裂解技术测定了土壤有机质分子组成。研究发现，长期积雪增加显著促进了土壤剖面总有机碳积累。尽管植物生物量、凋落物分解和根系分泌物均有所增加，但表层土壤有机碳储量并未显著提升，原因是微生物呼吸增强抵消了碳输入，并促进了可溶性有机碳向深层淋溶。相反，深层土壤表现出显著的有机碳积累，这主要归因于微生物碳利用效率的提高和真菌生长的增强，以及快速生长的子囊菌门残体快速积累。此外，深层土壤还能有效截留并转化来自表层的可溶性有机碳，形成垂直碳传输-稳定连续体。土壤剖面中表征矿物结合态碳的土壤蛋白组分丰度整体显著增加，表明积雪增加逐步促进了有机碳库稳定。上述结果表明，表层土壤通过微生物过程维持碳平衡，而深层土壤则通过真菌介导途径增加碳固持与稳定。更重要的是，这种深度分异的机制凸显了建立基于微生物过程、深度分辨的模型以预测未来冬季气候变化下碳固持的必要性。
研究成果近期在线发表于国际学术期刊Earth’s Future。植物所马琳娜副研究员为文章第一作者，并与张云海研究员为共同通讯作者。自然资源部国土整治中心高级工程师冯金超、美国圣地亚哥州立大学徐小峰教授、内蒙古大学李智勇副教授、内蒙古大学联合培养硕士研究生姚春月和李娜等参与了部分工作。该研究得到了国家自然科学基金和内蒙古自治区重点研发计划项目的资助。
文章链接：http://dx.doi.org/10.1029/2025EF007819
（植被与环境变化实验室供稿）
长期降雪变化下温带草地表层与深层土壤碳固持的微生物机制分异
