作为气候变化的敏感区，高寒草甸生态系统土壤有机碳库在调节陆地碳循环-气候反馈的方向和幅度中发挥着关键作用。已有研究集中在气候变化尤其是短期气候变暖对表层土壤有机碳变化及微生物群落特性的影响，目前关于长期气候变化对不同土层深度土壤有机碳的影响途径仍存在争议，尤其是缺乏气候变冷如何影响土壤有机碳分子组分和微生物群落特性及其相互作用关系研究。

 “高寒生态系统与全球变化”学科组张振华团队依托2007年在青海海北高寒草地生态系统国家野外科学观测研究站建立的“山体垂直带双向移栽实验”平台，基于生物标志物技术，并借助贝叶斯Meta统计分析在估计研究间异质性和合并效应量方面的优势（尤其在纳入研究数量较少时）、独特的后验分布估计、灵活的参数设置和便利的结果图形化展示方法等特点，创新性地采用贝叶斯Meta分析方法分析控制实验数据，对多组处理、对照实验进行了归纳性总结，进而系统评估量化了增温、降温16年后高寒草甸表层（0-10 cm）和亚表层土壤（20-30 cm）有机碳含量的影响因素（包括植物生物量和多样性、土壤理化性质、植物源碳组分，微生物源碳组分以及微生物群落特性等）的变化及其与有机碳含量的关系。

  研究发现，高寒草甸亚表层土壤有机碳对增温、降温的响应较表层更为敏感，无论是增温还是降温，均未引起亚表层土壤中植物和微生物源碳组分的显著变化。然而，增温使真菌与细菌生物量比值（F/B）和革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌生物量比值（G+/G-）分别增加15.0%和8.6%，而降温则使其分别降低4.5%和9.6%。进一步分析发现，增温主要通过增加F/B和G+/G-直接减少土壤有机碳库的积累，同时降低土壤碳氮比间接减少亚表层土壤有机碳含量，而降温则主要通过降低F/B增加亚表层土壤有机碳含量。如果只考虑增温而不考虑降温的作用，传统的增温控制实验可能会低估气候变暖对高寒草地亚表层土壤有机碳库的消极作用。该研究为更好地解释和预测未来气候变化背景下高寒草地生态系统土壤碳库的形成与变化提供了新的理论依据。

  该研究成果于2025年7月15日以“Responses of subsoil organic carbon to climate warming and cooling is determined by microbial community rather than its molecular composition”为题发表在生态学顶级学术期刊Ecology Letters（中国科学院1区TOP，五年IF=9.4）上。西北高原所2024级博士生李宇章为第一作者，张振华研究员为通讯作者。中国科学院青藏高原研究所汪诗平研究员、北京大学贺金生教授与朱彪教授、兰州大学井新教授、青海大学赵新全教授、四川师范大学胡宜刚教授等也参与了研究。该研究得到了西部之光-重点实验室专项交叉团队项目、国家自然科学基金面上项目和第二次青藏高原科学考察项目的资助。

  论文链接：https://doi.org/10.1111/ele.70162

  除此之外，张振华团队还阐明了2009-2022年间祁连山南麓高寒草地不同海拔土壤有机碳时空变化特征及驱动因素，相关研究结果于2025年3月25日发表在全国期刊生物类Q1区《应用与环境生物学报》上。

  论文链接：10.19675/j.cnki.1006-687x.2024.03028

图1 双向移栽实验设计

图2 增温和降温对表层土壤（0-10 cm）和亚表层土壤（20-30 cm）中有机碳、植物源碳组分、微生物源碳组分以及微生物群落特性的影响

图3 影响土壤有机碳含量的主要因子的随机森林模型分析

图4 影响土壤有机碳含量的直接和间接因素的贝叶斯分段结构方程模型分析