近日，西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室联合法国巴黎-萨克雷大学LSCE/IPSL气候与环境科学实验室和美国太平洋西北国家实验室等单位，在国际著名学术期刊《自然—通讯》（Nature Communications）上发表论文“Field experiments show no consistent reductions in soil microbial carbon in response to warming”。岳超研究员为论文第一作者，简金世教授和焦菊英研究员为共同通讯作者。
土壤微生物在维持土壤功能和服务中发挥着重要作用，但全球变暖背景下土壤微生物碳库(MBC)的动态变化尚不清楚。此前，有研究将全球MBC数据集与随机森林模型相结合，发现1992-2013年全球MBC呈显著下降趋势，并指出全球变暖是主要原因。这一结论是基于分布于全球的762个MBC观测值，通过和温度、SOC、pH、降水、土壤质地等10个环境指标建立随机森林模型模拟和预测得出的。
本研究搜索了130组土壤增温和对照条件下的MBC观测数据和6个站点的长期MBC原位观测数据（观测期介于3到10年）（图1a）。基于土壤增温和对照组数据的荟萃分析结果表明，增温并未显著影响土壤MBC量，进一步进行亚组分析（分为<1 ，1-2 ，2-3 ，3-4 和4-5 五组）表明，MBC仅在土壤增温超过4 时才显著下降（图1b），这一增温幅度远高于1992-2013年间全球升温幅度（约0.28 ）；而当增温幅度<4 时，MBC没有显著变化。长期原位MBC观测数据也支持这一结论，研究发现，在任何一个站点，MBC与年温度之间没有显著的相关性（图1c），表明站点MBC对年际温度变化不敏感。
图1. 微生物量碳（MBC）对温度变化的响应。（a）土壤增温实验站点和原位长期MBC观测站点的空间分布；（b）不同增温幅度下MBC的响应；（c）利用简单线性回归拟合各原位长期观测点MBC和年均温度的斜率。图b和图c中的误差线表示95%置信区间。
本研究发现考虑空间代时间（Space For Time，SFT）引入的系统偏差能够解释随机森林模型和土壤增温实验以及长时间原位观测结果之间的矛盾。随机森林建模发现温度是解释MBC空间异质性的最重要的环境因子，而MBC和站点温度之间呈现显著的负相关，因此通过建立随机森林模型预测得到的1992-2013年间MBC显著下降趋势可能受空间代替时间方法的影响。本研究从762条MBC数据中随机放回抽样500个样本，然后建立随机森林模型，模拟和预测了1992-2013年MBC的变化趋势，并且重复该过程200次。结果表明，全球MBC量1992-2013年间变化率与MBC与温度之间的斜率呈显著正相关（图2），证实了随机森林模型模拟得到的全球MBC显著下降受到了空间代时间方法的影响。
图2. MBC与站点年平均温度之间的斜率和基于MBC数据集（n=762和n=868）进行200次放回抽样（m=500）并构建随机森林模型预测1992-2013年全球MBC变化率（% yr-1）之间的关系（误差线为95%置信区间）。
本研究利用全球范围内土壤增温实验的MBC野外观测和长期原位观测数据，发现MBC在全球变暖下没有显著变化。研究成果揭示，采用空间代时间的研究策略，尽管在分析变化环境下各类现象时提供了一个切实可行的路径，却也可能潜在引入系统性误差。鉴于这种方法已在生态学等多个领域获得了广泛应用，建议在采用空间代时间的研究手段时，应深入审视和权衡其可能导致的偏差，以确保结果的准确性和可靠性。
该研究得到了中国科学院战略性先导科技专项项目（XDB40000000）、青藏高原第二次科学考察研究计划项目（STEP）（No.2019QZKK0603）、国家自然科学基金项目（42077072）等资助。
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-45508-4
编辑：王容娜
终审：韩锁昌
附件下载：
