近日，成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护全国重点实验室生态地质环境保护与修复团队与国内外学者合作，在《自然-通讯》上发表研究成果，首次从全球尺度揭示了植物物种多样性与土壤呼吸之间的关系，发现植物多样性促进了低、中生产力森林的土壤呼吸，但在高生产力森林中这一效应减弱。该研究为深入理解生物多样性在全球碳循环中的作用提供了全新视角。

土壤呼吸是指土壤通过生物代谢活动向大气释放二氧化碳（CO?）的过程，是陆地生态系统中仅次于光合作用的第二大碳通量，对调节陆地生态系统碳平衡及缓解全球气候变化具有重要作用。植物多样性如何在全球尺度上影响土壤呼吸，这一关系是否以及如何随森林生产力梯度变化尚不清楚。因此，探究全球森林中植物多样性与土壤呼吸的关系及其随生产力梯度的变化规律，对于预测未来碳动态和生物多样性保护至关重要。

本研究基于全球两类植物多样性数据集与深度学习方法构建的全球土壤呼吸数据集，通过将植物多样性格局与高精度土壤呼吸预测相融合，首次实现了全球森林尺度上植物多样性-土壤呼吸关系的系统评估，量化了植物物种丰富度对土壤呼吸的边际贡献。

植物多样性总体上对土壤呼吸具有正向促进作用，但其效应随森林净初级生产力的升高而呈现出明显的递减规律。在低至中等生产力森林中，植物多样性显著增强了土壤呼吸；而在高生产力森林中，这一效应趋于减弱甚至消失。通过将净初级生产力划分为10个分位数区间进行分析，研究进一步确认了这一转折模式在不同生产力水平下均稳定存在。为量化植物多样性对土壤呼吸的净效应，研究采用了多元回归方法，在控制14个环境变量的基础上，分别估算了维管植物和树木物种丰富度对土壤呼吸的贡献（θ值）。

结果显示，θ值在低至中等生产力区域（归一化净初级生产力0-50）主要为正值，表明物种丰富度能够显著促进土壤呼吸；而在高生产力区域（归一化净初级生产力>50），θ值趋近于零或转为负值。空间分布图进一步显示，这一效应在北美北部、欧洲北部、亚洲东北部等低生产力森林区域尤为突出，而在亚马逊、刚果盆地等热带高生产力森林区域则明显减弱。

研究提出了植物多样性影响土壤呼吸的潜在机制：在低生产力森林中，植物多样性通过促进根系结构互补、增强微生物活性、优化养分循环等途径，显著提升土壤呼吸速率。

而在高生产力森林中，优势物种对资源的竞争性垄断、功能相似性的增加以及高背景水平的微生物活性，可能削弱了额外物种对生态系统功能的边际贡献。

此外，研究还排除了丛枝菌根植物这一特定功能群对多样性-土壤呼吸关系的显著调控作用，表明该关系更多依赖于整个植物群落的功能多样性而非单一功能群的影响。

该研究通过集成多源数据、深度学习模型与多变量统计方法，系统揭示了植物多样性对土壤呼吸的促进作用随森林生产力升高而减弱的全球模式，不仅深化了人类对生物多样性-土壤呼吸关系空间变异性的理解，也为在全球变化背景下制定差异化的生物多样性保护与森林管理策略提供了科学依据。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-026-69594-8