磷是生命体必需但通常限制生态系统生产力的关键大量元素，深刻影响着陆地生态系统的初级生产力和微生物活动。与具有气相过程的碳、氮循环不同，陆地磷循环主要受土壤生物地球化学过程调控，其中微生物在磷的有机、无机及生物分子形态转化中发挥着至关重要的作用。然而，微生物磷循环的全球格局、驱动机制及其与生态系统功能的联系尚缺乏系统梳理。

针对上述问题，中国科学院新疆生态与地理研究所策勒荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站曾凡江研究员团队的Akash Tariq副研究员联合西班牙巴塞罗那自治大学生态研究与林业应用中心Josep Peñuelas教授团队，系统阐述了微生物调控陆地磷循环的三种核心机制：酶调控的生物矿化、矿物质溶解和内部循环。基于此，研究团队进一步提出微生物磷适应性演化理论，指出长期磷匮乏状态驱动微生物群落在演化与生态层面发生转变，使其向增强磷获取投入、多聚磷酸盐代谢及脂质重塑方向演变。研究还探讨了环境因子、土地利用方式及气候如何调控这些微生物响应。例如，在极干旱的沙漠（如阿塔卡马和塔克拉玛干沙漠）中，由链霉菌和氯柔菌主导的微生物群落，通过上调磷酸酶、储存多聚磷酸盐以应对罕见降雨脉冲，同时积累相容溶质、产生胞外聚合物，以缓冲渗透压和紫外线胁迫、保持水分。

研究强调，将微生物磷循环过程纳入生态系统模型、制定可持续的磷智能管理策略，已成为应对土壤退化、粮食安全和环境变化等全球性挑战的关键路径。在基础科学层面，微生物磷适应性演化理论需通过土壤年代序列、气候梯度与实验操纵等手段进行系统验证，重点测定磷酸酶动力学、高亲和力磷摄取能力、多聚磷酸盐动力学及其基因组结构等关键性状。在技术层面，这些性状可转化为土壤“磷健康”诊断指标，如构建整合功能基因丰度、酶活性及微生物化学计量特征的复合指标体系，并依托同位素示踪、先进光谱学、单细胞成像及病毒—宿主互作组学等方法，解析磷在微生物组分中的通量。在管理层面，上述指标可指导精准磷肥施用与土壤改良策略，促进土壤遗留磷的活化利用，保护关键微生物共生关系。通过推进性状生态学、土壤生物地球化学与模型引导管理的协同议程，有望减少对外源磷的依赖，提升土壤磷保留效率，最终实现以微生物机制为核心的可持续磷管理。

以上研究结果以“Microbial phosphorus cycling in terrestrial ecosystems”为题发表于国际权威期刊《Nature Reviews Microbiology》，IF = 103.3。中国科学院新疆生态与地理研究所Akash Tariq副研究员作为主要参与作者，与另外三位作者做出了同等贡献；西班牙巴塞罗那自治大学生态研究与林业应用中心Josep Peñuelas教授和郑邦晓副教授为论文通讯作者。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41579-026-01296-w#Sec22

图1：全球陆地磷循环概念图

图2：土壤磷的垂直分异、微域异质性及微生物-植物互作促进磷吸收的机制

a，土壤剖面中磷形态的垂直分层；b，三种关键微生物机制通过直接吸收途径提高磷的有效性；c，菌根途径通过真菌共生促进植物对磷的吸收

图3：磷限制下的微生物磷适应性演化理论框架

a，缺磷条件下的细胞适应机制；b，基因组演化与对长期磷胁迫的适应；c，由基因组适应驱动的群落水平功能转变

图4：地质历史进程中生物磷循环的关键演化节点