全球土壤中約65%的有機碳和80%以上的有機氮以礦物結合有機質（MAOM）的形式存在。傳統觀點認為，富氮微生物殘體易與礦物緊密結合而穩定保存，使MAOM具有較低的碳氮比和較長的周轉時間。然而，最新研究發現，MAOM中的氮具有較高的生物可利用性，易被微生物降解。此外，有機質除了直接與礦物結合，也可以通過與其他有機質結合形成MAOM。這促使我們思考：富氮MAOM是否更穩定，MAOM降解過程的調控因素有哪些。

礦物結合態有機質降解與含氮化合物和有機碳負載量關系示意圖

為解答上述問題，國家植物園（南園）馮曉娟研究團隊通過微生物培養和有機質吸附等手段，制備了分子組成和碳負載量（單位礦物表面有機碳含量）不同的微生物源和植物源MAOM材料，結合自然土壤和人工合成土壤，開展了3個獨立的微宇宙實驗。研究發現，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。

進一步分析表明，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，并能通過有機質-有機質相互作用在礦物表面積累（提高碳負載量），而通過有機質-有機質相互作用結合的有機碳比直接吸附于礦物表面的有機碳更易降解。

研究還發現，有機碳優先積累在被有機質覆蓋的礦物上，而非裸露的礦物表面，意味著可被有機質覆蓋的礦物表面（而非礦物的總比表面積）及有機質的結合模式共同決定土壤中MAOM的固存潛力。研究結果為理解MAOM的固存與穩定機制提供了新視角。

該研究成果于近日在線發表于國際學術期刊Global Change Biology。國家植物園（南園）副研究員賈娟和博士畢業生翟國慶為論文共同第一作者，馮曉娟研究員為通訊作者。研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃和中國科學院青年創新促進會項目的資助。

碳循環與有機地球化學研究組

組長：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與全球變化研究，聚焦于“土壤有機質的分子生物地球化學”；應用生物標志物、有機單體同位素等分子水平的地球化學方法，結合生態系統控制實驗，研究陸源有機碳在陸地以及河流系統中的循環及其對氣候變化的響應。

編輯 | 韓藝

審核 | 梁鵬鴻