近日，我院生态服務功能監測與評估團隊在國際著名期刊CATENA發表題為“Soil autotrophic-to-heterotrophic-respiration ratio and its controlling factors across several terrestrial biomes: A global synthesis”的研究論文(https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0341816224003151)。該論文的第一作者為青年教師靳川，通訊作者為胡中民教授，365英国上市官网在线為第一單位。

圖1 論文首頁

土壤自養和異養呼吸（Ra和Rh）對碳循環和全球氣候變化有着不同的影響。然而，過去的大部分研究集中在Ra或Rh單一變量上，常常忽略了它們之間的關系。尤其是，目前對Ra和Rh在不同環境條件下的變化以及在全球尺度上的了解還不夠充分。因此，探究自養和異養呼吸的比率（Ra/Rh）變化對于我們理解土壤碳循環至關重要，還可為了解土壤呼吸對全球氣候變化和其他自然和人為幹擾的響應提供新的視角。

鑒于此，本文基于最新的全球土壤呼吸數據庫（SRDB v.5）并結合已發表文獻進行了系統的綜合分析，考慮了氣候、土壤和植被特征對Ra/Rh的直接和間接影響。該研究采用了當下流行的機器學習技術，利用極端梯度提升（xgboost）量化了各變量對Ra、Rh和Ra/Rh的影響，并輔以沙普利加性解釋（Shapley Additive exPlanations，SHAP）方法闡述其潛在的調控關系。最後，結合結構方程模型（SEM）探究各變量之間的直接和間接關系。

圖2 研究技術路線圖和Ra/Rh全球分布模式

研究結果顯示，全球平均Ra/Rh為0.66 ± 0.21（平均值±标準偏差），并受到平均年溫度、平均年降水量和土壤特性的強烈調節。土壤中有機碳氮比和土壤容重的變化對根呼吸和微生物誘導的分解産生了不同的影響。具體而言，較高的土壤有機碳含量表明氮供應不足，抑制了植物的生長，從而減少了Ra。與此同時，微生物通過利用土壤有機物作為食物底物，維持了幾乎不變的Rh。這種差異性響應導緻了Ra/Rh在全球範圍内的變化。植被相關變量，如葉面積指數和淨初級生産力，對Ra/Rh有着雙相影響。在全球範圍内，随着植物将生物量從地上（ANPP）轉移到地下（BNPP），Ra/Rh初始下降，然後逐漸增加。該研究強調了氣候、土壤和植被因素在調節根和微生物活動中的複雜相互作用，為當下理解地下碳動态提供了重要見解。

圖3環境生物變量與Ra/Rh之間的因果（直接/間接）關系

本研究得到了國家自然科學基金（U23A2002）、第二次青藏高原科學考察與研究計劃（2019QZKK0405）、365英国上市官网在线協同創新項目（XTCX2022STB07）和海南省重大研發項目（ZDYF2022SHFZ042）等項目的資助，并得到中美碳聯盟(US-China Carbon Consortium，USCCC)的大力支持。本研究合作者還包括西北農林科技大學簡金世教授、新布倫瑞克大學（加拿大）Charles P.-A. Bourque教授、北京林業大學查天山教授等。