全球土壤中約65%的有機(jī)碳和80%以上的有機(jī)氮以礦物結(jié)合有機(jī)質(zhì)（MAOM）的形式存在。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，富氮微生物殘?bào)w易與礦物緊密結(jié)合而穩(wěn)定保存，使MAOM具有較低的碳氮比和較長(zhǎng)的周轉(zhuǎn)時(shí)間。然而，最新研究發(fā)現(xiàn)，MAOM中的氮具有較高的生物可利用性，易被微生物降解。此外，有機(jī)質(zhì)除了直接與礦物結(jié)合，也可以通過(guò)與其他有機(jī)質(zhì)結(jié)合形成MAOM。這促使我們思考：富氮MAOM是否更穩(wěn)定，MAOM降解過(guò)程的調(diào)控因素有哪些。

礦物結(jié)合態(tài)有機(jī)質(zhì)降解與含氮化合物和有機(jī)碳負(fù)載量關(guān)系示意圖

為解答上述問(wèn)題，國(guó)家植物園（南園）馮曉娟研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)微生物培養(yǎng)和有機(jī)質(zhì)吸附等手段，制備了分子組成和碳負(fù)載量（單位礦物表面有機(jī)碳含量）不同的微生物源和植物源MAOM材料，結(jié)合自然土壤和人工合成土壤，開(kāi)展了3個(gè)獨(dú)立的微宇宙實(shí)驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn)，富氮MAOM具有較高的降解潛力，其降解速率與含氮化合物豐度顯著正相關(guān)。

進(jìn)一步分析表明，含氮化合物豐度是MAOM降解的主要影響因子，原因在于含氮化合物具有較高的生物可降解性，并能通過(guò)有機(jī)質(zhì)-有機(jī)質(zhì)相互作用在礦物表面積累（提高碳負(fù)載量），而通過(guò)有機(jī)質(zhì)-有機(jī)質(zhì)相互作用結(jié)合的有機(jī)碳比直接吸附于礦物表面的有機(jī)碳更易降解。

研究還發(fā)現(xiàn)，有機(jī)碳優(yōu)先積累在被有機(jī)質(zhì)覆蓋的礦物上，而非裸露的礦物表面，意味著可被有機(jī)質(zhì)覆蓋的礦物表面（而非礦物的總比表面積）及有機(jī)質(zhì)的結(jié)合模式共同決定土壤中MAOM的固存潛力。研究結(jié)果為理解MAOM的固存與穩(wěn)定機(jī)制提供了新視角。

該研究成果于近日在線發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Global Change Biology。國(guó)家植物園（南園）副研究員賈娟和博士畢業(yè)生翟國(guó)慶為論文共同第一作者，馮曉娟研究員為通訊作者。研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)項(xiàng)目的資助。

碳循環(huán)與有機(jī)地球化學(xué)研究組

組長(zhǎng)：馮曉娟研究員

郵箱：xfeng@ibcas.ac.cn

主要研究方向：

主要從事土壤碳循環(huán)與全球變化研究，聚焦于“土壤有機(jī)質(zhì)的分子生物地球化學(xué)”；應(yīng)用生物標(biāo)志物、有機(jī)單體同位素等分子水平的地球化學(xué)方法，結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)控制實(shí)驗(yàn)，研究陸源有機(jī)碳在陸地以及河流系統(tǒng)中的循環(huán)及其對(duì)氣候變化的響應(yīng)。

編輯 | 韓藝

審核 | 梁鵬鴻