近日，中国科学院成都山地灾害与环境研究所山地生物地球化学研究团队联合国内外多家科研机构，在《Plant and Soil》期刊组织出版了主题为“Biogeochemical Cycling Along Soil Chronosequences： Implications for Ecosystem Development and Vegetation Restoration”的学术专辑。该专辑系统梳理了土壤发育序列研究在揭示生态系统发育过程中养分循环规律的最新进展，为全球日益增多的裸露地表生态恢复提供了重要科学依据。
随着全球变化和人类活动增强，冰川退缩迹地、地质灾害和工程创面、矿山废弃地等裸露无植被覆盖的地表面积持续增加，其后续的生态系统发育受到土壤养分等因素限制，受到广泛关注。在冰川前缘、火山沉积物、沙丘等堆积体上形成的土壤发育序列，是研究养分循环和生态系统发育协同作用的理想场所。通过研究土壤发育过程中土壤养分可利用性的变化、土壤序列上植物和微生物的演替规律，以及土壤养分生物有效性与生态系统功能提升的互馈机制，对开展地质灾害堆积体、矿山废弃地和高海拔区裸地等弱风化作用区的生态恢复具有重要指示意义。
该专辑基于2024年在成都举办的首届“土壤序列养分循环及其对生态恢复的启示国际会议”的核心成果，汇集了多篇前沿研究论文，利用“空间换时间”的研究范式，对全球不同环境下的土壤序列（包括冰川退缩迹地、海岸带、矿区、古沙丘等）进行了深入分析，揭示了土壤年龄、气候与生物过程如何共同塑造生态系统演变轨迹。专辑的核心发现为生态修复实践提供了新视角：
在养分循环机制方面，研究揭示了关键元素在长期演变中的复杂动态。在海螺沟冰川退缩时间序列上的研究表明，生态系统内的氮循环在百年尺度即可从开放状态转变为高效、内循环状态。针对磷的研究则发现，在长达两百万年的沙丘序列中，水分平衡对土壤有机磷转化的影响微弱。研究还发现，生物固氮所需的微量元素（铁、钒、钼）在土壤中的耗竭速度快于磷，但有机螯合作用能在古老土壤中维持微量元素的生物有效性。这意味着未来植被恢复的管理重点应放在氮素保持和补充上，而磷的补充可借助于构建高效的磷自循环系统实现。
在碳动态与微生物生态方面，一项跨越两百万年的时间序列研究中，科研人员发现了一个“悖论”：尽管丛枝菌根真菌的生物量在下降，但其分泌的球囊霉素相关土壤蛋白（GRSP）却在增加，这被证实与土壤酸度、质地及寄主植物丰富度有关。同时，在亚高山冷杉林的研究中，三种独立的方法证实了在成熟老龄林中，微生物的碳利用效率显著高于中生林，且与土壤有机碳储量呈强的正相关关系，这为解释老龄林为何能储存更多碳提供了微观证据。
在植物恢复策略方面，研究为摒弃“简单施肥”模式提供了理论支持。研究表明，长期过量的养分输入，尤其是磷的添加，可能会对本土植被的回归产生长期抑制作用。在极度贫磷的热带森林中，较高的植物多样性能够通过广泛的物种特异性适应机制，缓冲土壤老化带来的生产力下降，表明依赖自然演替进程的修复策略更具韧性。
该专辑基于贡嘎山海螺沟冰川退缩区的相关研究，明确提出了弱风化成土作用区“活磷固氮”的生态恢复策略，提升土壤氮磷生物有效性，可以作为提升生物量、增强碳汇能力的有效路径，并作为该专辑的封面文章进行报道。
上述研究由中国科学院成都山地灾害与环境研究所联合西澳大利亚大学、德国卡尔斯鲁厄理工学院、中国科学院华南植物园、山东农业大学等多家单位共同完成，得到了国家自然科学基金、中国科学院成都山地灾害与环境研究所自主部署项目等的资助。
