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为探究长期有机替代对土壤溶解性有机质（DOM）分子组成及其与有机碳组成、微生物群落结构关系的影响，研究人员开展相关研究。结果表明长期有机替代改变 DOM 结构，中分子量碳组分增加，利于土壤有机碳（SOC）固存和微生物群落稳定，为农业发展提供依据。
在广袤的土地之下，土壤如同一个神秘的宝藏库，蕴藏着无数关乎生态平衡和农业发展的秘密。土壤生态系统是地球生态基础设施的关键部分，在调节气候变化、维持生态稳定方面有着不可替代的作用。其中，土壤有机质（SOM）更是重中之重，它构成了土壤中最大的碳库，储存的碳量远超大气和陆地植被，对全球碳循环和气候调节意义非凡。
然而，现代农业的一些不当操作，像是过度使用矿物肥料、频繁深耕以及移除作物残茬，正在一步步侵蚀着土壤有机质。这不仅威胁到全球的粮食供应，还对生态安全构成了潜在风险。为了拯救土壤生态系统，有机改良剂的应用逐渐受到重视，像堆肥、动物粪便、作物残茬和绿肥等，这些有机替代品不仅能减少对矿物肥料的依赖，还能提升土壤肥力、增强碳固存能力、提高作物产量，优化土壤微生物群落的结构和功能，让土壤生态系统更具韧性。
在土壤这个复杂的体系中，DOM 主要来源于 SOM 中易分解的有机物质，是植物和微生物重要的能量与养分来源，其独特的分子组成能为微生物创造特殊的生存环境，影响着土壤中碳、氮、磷等元素的循环。不同 DOM 组分的生物可利用性差异，会改变微生物群落的组成和多样性，进而影响土壤有机碳的积累和分布。而且，某些富含芳香化合物的 DOM，能长期抵抗微生物的分解，有助于有机碳的长期储存，增强 SOM 的稳定性。
潮土作为华北平原的主要土壤类型，虽然仅占中国耕地面积的 6.2%，却贡献了全国 10% 的粮食产量，对保障国家粮食安全至关重要。但长期以来，各种有机改良策略，尤其是秸秆和有机肥长期替代矿物肥料，对潮土中 DOM 分子组成的影响，以及其与土壤有机碳（SOC）各组分、碳源和微生物群落结构之间的关系，一直是个未解之谜。
为了揭开这些谜团，来自中国新乡的国家潮土生态环境重点野外科学观测实验站的研究人员，开展了一项意义重大的研究。他们利用该站 33 年的定位实验数据，运用傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR MS）、生物标志物分析、微生物高通量测序和碳源代谢评估等技术，对长期有机替代下土壤 DOM 分子组成的变化，及其与土壤碳组分、碳源的关系，还有对土壤微生物群落（细菌和真菌）多样性和结构的影响进行了系统研究。研究成果发表在《Agriculture, Ecosystems 》上。
研究人员开展此项研究，主要运用了以下几种关键技术方法：利用傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR MS）分析土壤 DOM 的分子结构；借助生物标志物分析，探究土壤碳组分和碳源的变化；通过微生物高通量测序，了解微生物群落的多样性和结构；采用碳源代谢评估，评估微生物对不同碳源的利用情况。研究数据来自 1990 年建立的实验站，实验区域土壤为华北平原代表性的石灰性潮土，当地主要种植模式为冬小麦 - 夏玉米轮作。
下面我们来看看具体的研究结果：
- 土壤 DOM 分子结构分析：不同有机替代处理下，DOM 分子组成中 CHOs 和 CHONs 类似物最为丰富，分别占 34.5 - 49.8% 和 42.0 - 47.4%，CHOSs（6.24 - 9.25%）和 CHONSs（1.98 - 8.91%）相对较少。CK 处理中 CHOs 化合物含量最高（49.8%），随着 NPK、NPKS 和 NPKM 处理，其含量逐渐降低。
- 长期有机替代对土壤碳组分和碳源的影响：持续添加有机物质通常会增加土壤有机碳含量，增强其稳定性和多样性。长期有机替代使 SOC、DOC、ROC、POC、MAOC、plant C 和 BNC 均有所增加。其中，plant C 是 POC 的最大贡献者，而 BNC 主要对 MAOC 有贡献。
- 中分子量碳组分的作用：长期有机替代显著改变了 DOM 的组成和结构，增加了其复杂性。中分子量碳组分（氨基酸糖、碳水化合物、单宁和缩合芳烃）比例平均增加到 31.1 - 32.5%，而大分子量（木质素；6.81 - 8.10%）和小分子量（不饱和烃、脂质和肽；1.62 - 13.0%）碳组分减少。中分子量碳组分与 SOC 含量（包括颗粒态、矿物结合态、植物源和细菌坏死碳）呈显著正相关，有助于 SOC 的固存。此外，微生物群落（真菌和细菌）的模块性以及碳源利用的丰度和多样性与中分子量碳组分呈正相关，增强了微生物群落的稳定性。真菌群落对这些碳组分的敏感性高于细菌群落。
综合研究结果和讨论部分，这项研究意义非凡。它揭示了长期有机替代对土壤 DOM 分子组成的影响机制，明确了中分子量碳组分在塑造微生物群落结构和增强 SOC 固存方面的关键作用。为优化农业管理实践提供了科学依据，有助于推动可持续农业发展，让我们能更好地理解土壤生态系统的功能和稳定性，为保障粮食安全和应对全球气候变化贡献力量。
