有机磷矿化是调控土壤磷有效性的关键生物地球化学过程，直接决定植物可利用的磷资源水平。土壤微生物PhoD基因作为编码碱性磷酸酶的关键功能基因，已成为表征磷矿化过程的重要分子标识。携带该基因的土壤微生物通过分泌胞外碱性磷酸酶驱动有机磷的矿化转化。该基因广泛分布于多个细菌门类，在农业生态系统(尤其施肥响应方面)的功能已有充分研究，然而PhoD基因在自然生态系统中沿环境梯度的空间分布格局及其对磷素循环产生的影响仍不清楚。

该研究选取海拔梯度较大、纬度范围较小的热带森林(纳板河和补蚌样点)和亚热带常绿阔叶林(哀牢山样点)20公顷样地开展土壤微生物PhoD基因多度的空间分布和相关环境因子调查，其目的在于：(a)探明PhoD基因多度的空间分布格局;(b)查明在局域和区域尺度上驱动其多度变化的关键因子;(c)解析土壤化学性质对其分布的影响。主要结果显示：不同森林中的PhoD基因多度和检出率呈现显著差异。中海拔的纳板河热带森林样地(1015.86–1235.64米)PhoD基因多度最高且分布最为广泛，低海拔的补蚌热带森林样地(712.05–860.05米)次之，而高海拔的哀牢山亚热带常绿阔叶林样地(2443.78–2586.13米)多度最低且常未达检出限，其中哀牢山森林的最高未检出率与其他样地呈现显著差异。进一步分析表明，在区域尺度上，海拔、土壤pH和钙含量是预测PhoD基因多度与分布的主导因子;土壤pH在区域与局域尺度均对PhoD基因多度表现明显的驱动作用。区域尺度上，海拔主要通过改变土壤pH及大量营养元素(全碳、全氮、全磷)间接影响PhoD基因多度空间分布，而在局域尺度上，PhoD基因多度空间变异则与土壤母质的变化密切相关，其进一步调控土壤pH与钙的动态。

综上，PhoD基因多度变化在森林生态系统间具有显著差异。研究揭示了由海拔驱动的环境变化如何影响磷矿化过程中土壤微生物功能基因的潜在功能，同时强调需要开展更大尺度的研究来预测这一关键微生物过程对全球变化的响应。相关研究成果以“Elevation, soil pH and calcium availability shape regional and local scale spatial patterns of PhoD gene abundance in tropical and subtropical forests”为题发表在国际著名学术期刊Functional Ecology上。中国科学院西双版纳热带植物园(以下简称“版纳植物园”)土壤生态学研究组副研究员Sandhya Mishra为该论文第一作和共同通讯作者，杨效东研究员为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金国际(地区)合作与交流项目、云南省基础研究重点基金、云南省兴滇人才计划项目和版纳植物园自主部署科研项目的支持。

图1.三个不同海拔梯度森林大样地(补蚌、纳板河和哀牢山)土壤PhoD基因丰度的空间分布格局及关键驱动因素

图2.PhoD基因丰度驱动因素的路径分析(a)PLSPM模型展示了海拔、土壤理化性质对PhoD基因丰度的直接和间接影响路径;(b)标准化效应的大小(直接效应、间接效应、总效应)