高寒生态系统土壤有机碳（SOC）动态对全球碳循环至关重要，然而关于其关键前体——植物源碳（PRC）与微生物残体碳（MNC）——在颗粒有机碳（POC）和矿物结合有机碳（MAOC）库中的积累机制及分配规律仍不清楚。研究人员在青藏高原西北部阿里地区沿高寒荒漠、高寒草原至高寒草甸梯度布设40个样点开展研究，结果表明PRC是所有植被类型中SOC的主导贡献者，但其组分积累与驱动因子表现出明显的垂直与景观格局差异。木质素酚、可溶性有机碳（DOC）和MNC是MAOC与POC的主要预测因子，其中解释变量对POC及表层土壤的影响更强。研究识别出显著的深度解耦气候控制：表层土壤PRC主要受降水负向影响，可能与淋溶及微生物矿化增强有关；而深层土壤PRC则主要受温度正向驱动，反映了低温对深层分解过程的强烈动力学限制。此外，尽管MNC储量在不同草地类型间差异显著（草甸最高），但其对SOC的相对贡献保持稳定。本研究揭示了植物输入直接供给活跃POC库、并通过微生物周转间接支持稳定MAOC库的复杂互作机制，对发展精准模型及制定高海拔脆弱碳库的保护策略具有重要意义。
研究背景与意义
高寒生态系统是全球土壤有机碳（SOC）的重要储存库，其动态变化直接影响全球碳循环平衡。传统观点认为，植物结构性化合物（尤其是木质素）的选择性保存主导SOC形成；而近年来提出的微生物碳泵理论强调，微生物通过同化作用将有机碳转化为自身残体并稳定保存在土壤中。然而，在高海拔、低温、强辐射及频繁冻融的高寒环境中，植物源碳（PRC）与微生物残体碳（MNC）对SOC的贡献比例、分配机制及其对气候因子的响应规律仍不明确。青藏高原变暖速率约为全球平均的两倍，降水格局亦发生复杂变化，使得该区域碳库稳定性面临严重威胁。因此，量化不同草地类型及土层深度下PRC与MNC对SOC的贡献，阐明其驱动机制，对预测高寒碳库对气候变化的响应具有重要科学意义。该研究由中国科学院西北生态环境资源研究院团队完成，发表于《Journal of Environmental Management》。
主要技术方法
研究人员于2023年7月在青藏高原阿里地区（平均海拔>4500 m）沿高寒荒漠（AD）、高寒草原（AS）、高寒草甸（AM）梯度布设40个样点，按植被面积比例设置样方（AD 19个、AS 15个、AM 6个）。每个样方采用“S”法采集0–10 cm和10–20 cm土层土壤，混合为分层混合样品。通过碱性氧化铜氧化-气相色谱质谱联用技术测定木质素酚以表征PRC；基于氨基糖生物标志物（氨基葡萄糖GluN、胞壁酸MurN）计算真菌残体碳（FNC）与细菌残体碳（BNC），求和得到总微生物残体碳（MNC）；采用密度重力分离法结合重铬酸钾外加热法测定颗粒有机碳（POC，粒径>53 μm）与矿物结合有机碳（MAOC，粒径<53 μm）。结合随机森林模型与分段结构方程模型（SEM）解析环境因子对碳组分的驱动路径。
研究结果
3.1 不同高寒草地类型的土壤理化指标
植被类型显著影响土壤碳氮库，高寒草甸（AM）的SOC、MAOC、POC、微生物生物量碳（MBC）、微生物生物量氮（MBN）、DOC及可溶性有机氮（DON）含量均显著高于高寒荒漠（AD）和高寒草原（AS）（P<0.05），但各指标在土层间无显著垂直分异。
3.2 不同高寒草地类型的植物与微生物碳积累
MBC在AM两土层均显著高于AD与AS；AS中细菌残体碳（BNC）随土层加深显著降低；同一土层内BNC与真菌残体碳（FNC）均以AM最高。PRC对SOC的相对贡献在不同景观与土层间基本一致，仅AD表层PRC贡献显著高于深层。木质素降解参数（(Ad/Al)v 、(Ad/Al)s ）无显著景观或深度差异，但植物残体组成（C/V、S/V比）以AM最高，反映其草本组织占比更高。
3.3 植物源碳与微生物残体碳对SOC贡献的影响因子
随机森林分析显示，木质素酚是表层与深层MAOC的最强预测因子；POC的主效驱动因子则呈垂直差异：表层以DOC为主，深层以木质素酚为主。木质素酚、DOC与MNC均与MAOC、POC积累密切相关，且解释变量对POC的解释力高于MAOC，对表层土壤的解释力高于深层。
3.4 土壤POC、MAOC、MNC与植物木质素的相互关系
POC与MAOC、MNC与木质素酚均呈显著正相关。随土层加深，POC与木质素酚的相关性增强，MAOC与木质素酚的相关性减弱；MNC与POC、MAOC的关系亦呈类似垂直解耦特征。表明易分解组分在表层快速矿化或转化为MAOC，难分解木质素则在深层POC中累积；微生物在表层主导MAOC形成，在深层更多关联于难分解POC。
讨论与结论翻译
讨论部分指出，低温抑制微生物酶活性与冻融物理保护共同导致PRC在SOC中占主导；AM虽MNC绝对量高，但因SOC总量大，其相对贡献与其他类型无差异。垂直深度上，表层PRC受降水负调控（径流移除与矿化增强），深层PRC受温度正调控（低温动力学限制分解）。这一深度解耦的气候响应模式表明，未来气候变化对高寒碳库的影响将具有层特异性：增雨可能削弱表层新鲜碳输入，增温则可能打破深层低温保护机制，加速稳定碳矿化。
结论
植物源碳是高寒草地SOC的主导来源，但其表层与深层积累分别受降水和温度的反向调控。PRC直接促进活跃POC库，并通过驱动微生物周转间接支持稳定MAOC库。尽管MNC储量在草甸、荒漠与草原间存在差异，其对SOC的相对贡献保持稳定。这种深度解耦的响应模式意味着气候变化将对高寒草地碳库产生复杂的层特异性影响，需制定针对性的分层保护策略以维护脆弱的高海拔碳库稳定性。
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