近日，我院生态服务功能监测与评估团队在国际著名期刊CATENA发表题为“Soil autotrophic-to-heterotrophic-respiration ratio and its controlling factors across several terrestrial biomes: A global synthesis”的研究论文(https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0341816224003151)。该论文的第一作者为青年教师靳川，通讯作者为胡中民教授，海南大学为第一单位。

图1 论文首页

土壤自养和异养呼吸（Ra和Rh）对碳循环和全球气候变化有着不同的影响。然而，过去的大部分研究集中在Ra或Rh单一变量上，常常忽略了它们之间的关系。尤其是，目前对Ra和Rh在不同环境条件下的变化以及在全球尺度上的了解还不够充分。因此，探究自养和异养呼吸的比率（Ra/Rh）变化对于我们理解土壤碳循环至关重要，还可为了解土壤呼吸对全球气候变化和其他自然和人为干扰的响应提供新的视角。

鉴于此，本文基于最新的全球土壤呼吸数据库（SRDB v.5）并结合已发表文献进行了系统的综合分析，考虑了气候、土壤和植被特征对Ra/Rh的直接和间接影响。该研究采用了当下流行的机器学习技术，利用极端梯度提升（xgboost）量化了各变量对Ra、Rh和Ra/Rh的影响，并辅以沙普利加性解释（Shapley Additive exPlanations，SHAP）方法阐述其潜在的调控关系。最后，结合结构方程模型（SEM）探究各变量之间的直接和间接关系。

图2 研究技术路线图和Ra/Rh全球分布模式

研究结果显示，全球平均Ra/Rh为0.66 ± 0.21（平均值±标准偏差），并受到平均年温度、平均年降水量和土壤特性的强烈调节。土壤中有机碳氮比和土壤容重的变化对根呼吸和微生物诱导的分解产生了不同的影响。具体而言，较高的土壤有机碳含量表明氮供应不足，抑制了植物的生长，从而减少了Ra。与此同时，微生物通过利用土壤有机物作为食物底物，维持了几乎不变的Rh。这种差异性响应导致了Ra/Rh在全球范围内的变化。植被相关变量，如叶面积指数和净初级生产力，对Ra/Rh有着双相影响。在全球范围内，随着植物将生物量从地上（ANPP）转移到地下（BNPP），Ra/Rh初始下降，然后逐渐增加。该研究强调了气候、土壤和植被因素在调节根和微生物活动中的复杂相互作用，为当下理解地下碳动态提供了重要见解。

图3环境生物变量与Ra/Rh之间的因果（直接/间接）关系

本研究得到了国家自然科学基金（U23A2002）、第二次青藏高原科学考察与研究计划（2019QZKK0405）、海南大学协同创新项目（XTCX2022STB07）和海南省重大研发项目（ZDYF2022SHFZ042）等项目的资助，并得到中美碳联盟(US-China Carbon Consortium，USCCC)的大力支持。本研究合作者还包括西北农林科技大学简金世教授、新布伦瑞克大学（加拿大）Charles P.-A. Bourque教授、北京林业大学查天山教授等。