全球气候变化正加速山地植被带的演替过程，并通过改变地上植被组成和资源输入格局，对地下生态系统产生重要影响。然而，土壤生物作为地下生态系统的重要组成部分，其营养结构和碳利用功能对植被垂直带变化的响应及其驱动机制仍缺乏系统认识。针对这一科学问题，本研究聚焦长白山北坡典型植被垂直带，以土壤微型节肢动物和微生物为研究对象，系统揭示了土壤生物营养结构和碳利用功能沿植被垂直带的变化规律及其驱动机制。

研究团队系统分析了长白山北坡四种典型植被带（针阔混交林、针叶林、岳桦林和高山苔原）中土壤甲螨和跳虫的稳定同位素（δ¹³C和δ¹⁵N）含量分异特征，并结合多维生态位指标、随机森林分析及结构方程模型，系统探讨了海拔梯度下植被、气候和土壤等环境因子对土壤微节肢动物营养结构的驱动作用。

图1 土壤微节肢动物营养生态位在不同植被带中的变化

结果表明，随着海拔梯度上植被带的变化，土壤微节肢动物群落的营养级与基础食源利用均发生显著变化（图1）。其中，Δ¹⁵N表征的土壤动物营养级在不同植被带间具有明显差异，而Δ¹³C表明其基础食源利用沿海拔梯度呈下降趋势。在不同植被带中，相同广布种的营养级与基础食源利用均发生显著变化，表明营养生态位主要由广布物种自身的营养可塑性驱动，而非物种替代所导致。结构方程模型进一步表明，海拔梯度驱动下植被和气候两个关键因素通过影响土壤养分状况和凋落物性质，调控了土壤微节肢动物的营养级结构和基础食源利用格局（图2）。

图2 土壤微节肢动物营养生态位的环境驱动机制

另外，以长白山哈尼泥炭地为研究对象，利用碳（δ¹³C）和氮（δ¹⁵N）稳定同位素分析，系统揭示了跳虫、甲螨和中气门螨等土壤微型节肢动物的营养级分布、基础食源利用及取食偏好（图3）。研究发现，不同类群营养级存在显著分化，其中中气门螨占据较高营养级；不同类群虽然基础食源来源相近，但取食偏好存在明显差异，为认识泥炭地土壤食物网结构提供了重要依据。

上述研究系统揭示了土壤微型节肢动物营养结构、基础食源利用及其环境驱动机制，阐明了土壤微型节肢动物通过种间营养分化和种内营养可塑性共同响应环境变化，为深入理解全球变化背景下山地土壤食物网功能响应及其适应机制提供了新的理论依据。

图3哈尼泥炭地土壤微节肢动物营养级关系与取食偏好

同时，基于宏基因组测序分析，系统揭示了土壤微生物碳循环功能基因在不同海拔下的组成特征、生物地理格局及群落构建机制。研究发现，随着海拔升高，碳降解和产甲烷相关功能基因对海拔变化的响应强于碳固定功能基因；木质素、半纤维素等难降解碳源相关基因在中高海拔地区更为活跃。功能基因差异主要受物种替换驱动，其群落构建以随机过程为主；微生物多样性是调控CAZymes和碳循环功能基因多样性的关键因素（图4）。

研究揭示了海拔梯度驱动山地土壤微生物碳循环功能变化的关键机制，阐明了微生物多样性通过调控CAZymes及碳循环功能基因多样性影响山地土壤碳循环过程，为深入理解全球变化背景下山地土壤有机碳转化及微生物功能适应机制提供了新的理论依据。

图4 微生物多样性与环境因子对土壤碳循环功能基因的影响

相关研究由东北地理所与沈阳应用生态所合作完成，研究成果发表在国际期刊Geoderma、European Journal of Soil Biology、Soil Ecology Letters，刘丹丹特别研究助理、刘学博士为第一作者，武海涛研究员为通讯作者，何新华教授、史家兴博士和陈恒进博士为共同作者。本研究得到国家自然科学基金重点项目（42430511）、青年科学基金项目（42501072），中国博士后科学基金资助项目（GZC20250219和2025M780347）及吉林省科技发展计划项目（YDZJ202501ZYTS460）共同资助。

Liu D D, Shi J X, Wu H T*, He X H. Elevational gradients shape trophic niche patterns of soil microarthropods on Changbai Mountain, China: Evidence from stable isotope analysis (15N, 13C). Geoderma 472 (2026): 117899.

Liu D D, Lin Y L, Wu H T*. Investigating soil trophic links in a peatland, northeast China: dual stable isotope analysis (δ13C and δ15N) of microarthropods and their food sources." European Journal of Soil Biology 126 (2025): 103761.

Liu X, Chen H J, Shi J X, Wu H T*. Elevation shapes the biogeography and assembly of soil microbial carbon-cycling functions in mountain ecosystems. Soil Ecology Letters 8.4 (2026): 260431.