Carbon use efficiency—the proportion of substrate carbon that is converted to microbial biomass—is an important control on many ecosystem properties including carbon sequestration and nutrient cycling. Although CUE varies widely across terrestrial ecosystems, a coherent understanding of edaphic controls on CUE is lacking, thereby limiting the accuracy of global carbon models. The objective of this study was to determine how microbial CUE changes with long-term soil development and nutrient availability. Soil was collected across the chronosequence and fertility gradient at Jug Handle State Natural Reserve (the “Ecological Staircase”) in Mendocino County, CA. These soils exhibit a range in pH (3.29–6.59), litter quantity and quality (litter C:N, 32–70), and clay content (14.13–87.30%), while other factors such as modern-day climate, potential biota, and parent material are common to all sites. CUE varied significantly with soil and ecosystem development; the relationship was unimodal over geological time with CUE peaking at intermediate aged soils. Soil organic matter (SOM) content and pH were the most important variables each accounting for 30% of the variation in CUE across sites. Soil pH had a quadratic relationship with CUE, peaking at pH 4.7. Litter carbon to phosphorus (C:P) and nitrogen to phosphorus (N:P) ratios were also significant factors (Pearson’s r = 0.57 and 0.39 respectively). These results demonstrate that CUE changes in complex ways with soil fertility and long-term ecosystem development, and that edaphic factors such as SOM, pH, and litter quality need to be taken into account when predicting CUE for a given system.

中文翻译：

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长期生态系统发展对土壤微生物碳利用效率的控制

碳利用效率——转化为微生物生物量的底物碳的比例——是许多生态系统特性的重要控制因素，包括碳固存和养分循环。尽管 CUE 在陆地生态系统中差异很大，但缺乏对 CUE 土壤控制的一致理解，从而限制了全球碳模型的准确性。本研究的目的是确定微生物 CUE 如何随着长期土壤发育和养分有效性而变化。在加利福尼亚州门多西诺县的 Jug Handle 州立自然保护区（“生态阶梯”）按时间顺序和肥力梯度收集土壤。这些土壤的 pH 值 (3.29–6.59)、凋落物数量和质量 (凋落物 C:N, 32–70) 和粘土含量 (14.13–87.30%)，而其他因素如现代气候、潜在生物群, 和母材料对所有网站都是通用的。CUE随着土壤和生态系统的发展而显着变化；这种关系在地质时间上是单峰的，CUE 在中龄土壤中达到峰值。土壤有机质 (SOM) 含量和 pH 值是最重要的变量，每个变量都占不同地点 CUE 变化的 30%。土壤 pH 值与 CUE 呈二次关系，在 pH 值为 4.7 时达到峰值。凋落物碳磷 (C:P) 和氮磷 (N:P) 比率也是重要因素（Pearson r 分别为 0.57 和 0.39）。这些结果表明，CUE 以复杂的方式随土壤肥力和长期生态系统发展而变化，并且在预测给定系统的 CUE 时需要考虑土壤因素，如 SOM、pH 和凋落物质量。CUE随着土壤和生态系统的发展而显着变化；这种关系在地质时间上是单峰的，CUE 在中龄土壤中达到峰值。土壤有机质 (SOM) 含量和 pH 值是最重要的变量，每个变量都占不同地点 CUE 变化的 30%。土壤 pH 值与 CUE 呈二次关系，在 pH 值为 4.7 时达到峰值。凋落物碳磷 (C:P) 和氮磷 (N:P) 比率也是重要因素（Pearson r 分别为 0.57 和 0.39）。这些结果表明，CUE 以复杂的方式随土壤肥力和长期生态系统发展而变化，并且在预测给定系统的 CUE 时需要考虑土壤因素，如 SOM、pH 和凋落物质量。CUE随着土壤和生态系统的发展而显着变化；这种关系在地质时间上是单峰的，CUE 在中龄土壤中达到峰值。土壤有机质 (SOM) 含量和 pH 值是最重要的变量，每个变量都占不同地点 CUE 变化的 30%。土壤 pH 值与 CUE 呈二次关系，在 pH 值为 4.7 时达到峰值。凋落物碳磷 (C:P) 和氮磷 (N:P) 比率也是重要因素（Pearson r 分别为 0.57 和 0.39）。这些结果表明，CUE 以复杂的方式随土壤肥力和长期生态系统发展而变化，并且在预测给定系统的 CUE 时需要考虑土壤因素，如 SOM、pH 和凋落物质量。这种关系在地质时间上是单峰的，CUE 在中龄土壤中达到峰值。土壤有机质 (SOM) 含量和 pH 值是最重要的变量，每个变量都占不同地点 CUE 变化的 30%。土壤 pH 值与 CUE 呈二次关系，在 pH 值为 4.7 时达到峰值。凋落物碳磷 (C:P) 和氮磷 (N:P) 比率也是重要因素（Pearson r 分别为 0.57 和 0.39）。这些结果表明，CUE 以复杂的方式随土壤肥力和长期生态系统发展而变化，并且在预测给定系统的 CUE 时需要考虑土壤因素，如 SOM、pH 和凋落物质量。这种关系在地质时间上是单峰的，CUE 在中龄土壤中达到峰值。土壤有机质 (SOM) 含量和 pH 值是最重要的变量，每个变量都占不同地点 CUE 变化的 30%。土壤 pH 值与 CUE 呈二次关系，在 pH 值为 4.7 时达到峰值。凋落物碳磷 (C:P) 和氮磷 (N:P) 比率也是重要因素（Pearson r 分别为 0.57 和 0.39）。这些结果表明，CUE 以复杂的方式随土壤肥力和长期生态系统发展而变化，并且在预测给定系统的 CUE 时需要考虑土壤因素，如 SOM、pH 和凋落物质量。土壤有机质 (SOM) 含量和 pH 值是最重要的变量，每个变量都占不同地点 CUE 变化的 30%。土壤 pH 值与 CUE 呈二次关系，在 pH 值为 4.7 时达到峰值。凋落物碳磷 (C:P) 和氮磷 (N:P) 比率也是重要因素（Pearson r 分别为 0.57 和 0.39）。这些结果表明，CUE 以复杂的方式随土壤肥力和长期生态系统发展而变化，并且在预测给定系统的 CUE 时需要考虑土壤因素，如 SOM、pH 和凋落物质量。土壤有机质 (SOM) 含量和 pH 值是最重要的变量，每个变量都占不同地点 CUE 变化的 30%。土壤 pH 值与 CUE 呈二次关系，在 pH 值为 4.7 时达到峰值。凋落物碳磷 (C:P) 和氮磷 (N:P) 比率也是重要因素（Pearson r 分别为 0.57 和 0.39）。这些结果表明，CUE 以复杂的方式随土壤肥力和长期生态系统发展而变化，并且在预测给定系统的 CUE 时需要考虑土壤因素，如 SOM、pH 和凋落物质量。