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揭示微生物源矿物结合有机质的快速降解特性

发布时间: 2025-08-22

全球土壤中约65%的有机碳和80%以上的有机氮以矿物结合有机质(MAOM)的形式存在。传统观点认为,富氮微生物残体易与矿物紧密结合而稳定保存,使MAOM具有较低的碳氮比和较长的周转时间。然而,最新研究发现,MAOM中的氮具有较高的生物可利用性,易被微生物降解。此外,有机质除了直接与矿物结合,也可以通过与其他有机质结合形成MAOM。这促使我们思考:富氮MAOM是否更稳定,MAOM降解过程的调控因素有哪些。

为解答上述问题,冯晓娟研究组通过微生物培养和有机质吸附等手段,制备了分子组成和碳负载量(单位矿物表面有机碳含量)不同的微生物源和植物源MAOM材料,结合自然土壤和人工合成土壤,开展了3个独立的微宇宙实验。研究发现,富氮MAOM具有较高的降解潜力,其降解速率与含氮化合物丰度显著正相关。进一步分析表明,含氮化合物丰度是MAOM降解的主要影响因子,原因在于含氮化合物具有较高的生物可降解性,并能通过有机质-有机质相互作用在矿物表面积累(提高碳负载量),而通过有机质-有机质相互作用结合的有机碳比直接吸附于矿物表面的有机碳更易降解。研究还发现,有机碳优先积累在被有机质覆盖的矿物上,而非裸露的矿物表面,意味着可被有机质覆盖的矿物表面(而非矿物的总比表面积)及有机质的结合模式共同决定土壤中MAOM的固存潜力。研究结果为理解MAOM的固存与稳定机制提供了新视角。

该研究成果于819日在线发表于国际学术期刊Global Change Biology。植物所副研究员贾娟和博士毕业生翟国庆为论文共同第一作者,冯晓娟研究员为通讯作者。研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划和中国科学院青年创新促进会项目的资助。

文章链接:https://doi.org/10.1111/gcb.70448


矿物结合态有机质降解与含氮化合物和有机碳负载量关系示意图