碳（C）、氮（N）和磷（P）是土壤生态过程循环所必需的三种营养物质，其化学计量比常用于表征碳氮磷循环之间的耦合，对于理解土壤养分供应和微生物代谢产生的营养限制之间的平衡非常重要。土壤微生物是生态系统的重要组成部分，在土壤养分循环以及能量流动方面发挥着重要作用，尤其是在分解植物碎屑和形成土壤有机质方面。碎屑主要来源于植物凋落物，包括地上（叶、枝和种子）和地下（根）凋落物。凋落物输入的变化会影响土壤养分的循环、土壤微生物量积累和土壤酶合成底物的可用性。土壤微生物可以通过调节酶的合成来适应营养失衡，从而调节元素的利用效率。近年来，人们对土壤微生物养分限制的关注越来越多，许多研究通过评估微生物化学计量学来确定微生物营养需求。此外，也有研究表明酶矢量特征和阈值元素比也能反映微生物代谢需求与土壤碳、氮、磷有效性和养分需求之间的生物地球化学平衡。

喀斯特因其特殊的地质条件和环境，导致土壤贫瘠且水土保持差，因此对环境变化非常敏感并且脆弱。目前，我们对喀斯特土壤生态系统的认识仍然非常有限，特别是凋落物输入变化对该地区土壤养分状况、微生物养分限制和微生物群落动态变化的影响机制尚不清楚。为了解凋落物输入和去除如何影响喀斯特地区土壤微生物群落和养分循环，我们在喀斯特地区檵木群落进行了凋落物添加和去除实验，评估了土壤养分、微生物量、酶活性和微生物养分限制的变化，并探讨了凋落物添加和去除对喀斯特土壤微生物群落组成和多样性的影响。我们的目的是了解土壤微生物群落如何响应凋落物输入的变化，并为土壤微生物变化和土壤养分循环提供数据支撑和理论依据。

为了评估凋落物处理对土壤养分、微生物量、酶活性及其矢量特征（图1）的响应，我们进行了单因素方差分析和线性回归分析。我们还进行了Illumina的16 S rRNA和ITS扩增子测序来分析土壤微生物群落的多样性（表1）和组成的变化（图2）。

表1  凋落物处理对土壤微生物多样性的影响（平均值±标准差）

图1  凋落物处理对土壤酶矢量特征、阈值元素比及碳利用效率的影响

图2  凋落物处理下真菌和细菌类群在门、属水平上的相对丰度

其次，我们采用Pearson相关分析来确定土壤微生物养分限制与土壤性质、土壤化学计量学和土壤微生物多样性之间的相关性。冗余分析来确定与土壤性质和微生物养分限制显著相关的因素以及土壤化学计量学与细菌属和真菌属之间的关系（图3）。偏最小二乘路径模型（PLS-PM）来研究土壤特性影响微生物限制的主要途径（图4）。

图3  不同因素对真菌(a)和细菌(b)群落组成影响的冗余分析

图4  偏最小二乘路径模型（PLS-PM）土壤特性影响微生物限制的主要途径

综上，本研究探讨了凋落物输入和去除对喀斯特土壤养分、微生物量、酶活性与微生物群落组成、结构和养分限制之间的关系。冗余分析和相关性分析显示，养分限制与土壤养分含量和微生物量之间存在很强的正相关关系，表明微生物调节土壤微生物量以改善养分限制。偏最小二乘路径模型进一步揭示了土壤养分是控制微生物养分限制的主要因素。凋落物输入显著增加了土壤养分、微生物量和酶活性，并使微生物养分限制由氮限制转向磷限制。而去除凋落物会降低土壤碳、氮、磷含量，从而影响土壤养分循环。本研究表明了凋落物输入和去除对土壤养分状况和土壤微生物群落特征的影响，提高了我们对凋落物处理变化如何影响喀斯特土壤养分限制和微生物群落变化的认识。

本文以“Effects of detritus treatments to soil microbial community composition, structure and nutrient limitation in a subtropical Karst Ecosystem”为题于2024年4月16日发表在国际学术期刊《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》（中科院三区，IF=3.9）。广西漓江流域景观资源保育与可持续利用重点实验室马姜明教授为通讯作者，2021级生态学硕士研究生刘佩雯为论文第一作者，莫燕华老师和中国地质科学院岩溶地质研究所梁月明副研究员为共同作者。该研究得到了国家自然科学基金项目（U21A2007；32260387），广西创新驱动发展项目（桂科AA20161002-1)和广西重点研发项目（桂科AB21220057；桂科AB21196065)的资助。

论文链接:https://doi.org/10.1007/s42729-024-01750-9

（图文/重点实验室 审/马姜明 莫燕华 刘佩雯）