湿地转农田过程中微生物残留物积累的时序变化及其对土壤碳库的影响机制

为揭示湿地开垦为农田后土壤有机碳(SOC)动态的微生物驱动机制，研究人员通过60年时间序列分析发现：耕作层(0-25 cm)和犁底层(25-35 cm)的微生物生物量呈差异化下降趋势，而微生物残留物积累效率呈现先增后减规律。该研究首次阐明铁矿物-微生物残留物协同作用对SOC持久性的调控路径，为评估农业活动对碳循环影响提供理论依据。

　　

湿地作为地球重要的碳汇生态系统，储存着全球20-30%的土壤有机碳(SOC)。然而工业革命以来，全球26%的湿地已被开垦为农田，这种转化如何影响微生物介导的碳循环过程成为亟待解决的科学问题。传统研究多聚焦于单一时间点的湿地-农田对比，忽视了耕作年限对微生物-SOC相互作用的动态影响。中国科学院的科研团队在《Applied Soil Ecology》发表的研究，通过60年时间尺度的系统解析，揭示了湿地转农田过程中微生物残留物的积累规律及其对碳库稳定性的调控机制。

研究团队采用时间序列替代空间法，选取三江平原开垦年限为0、20、30、40、50和60年的农田样本。通过氨基糖生物标志物分析微生物残留物含量，结合磷脂脂肪酸(PLFA)技术表征微生物群落，并运用结构方程模型(SEM)解析环境因子-微生物-SOC的互作网络。

土壤理化性质随开垦年限的变化
数据显示，60年耕作使耕作层SOC含量从3.97%锐减至0.95%。游离铁(Fe²⁺)在犁底层显著富集，与矿物结合的有机碳(Fe-OC)形成物理保护屏障。

湿地开垦对微生物生物量的影响
G^-细菌为优势菌群，耕作层微生物生物量持续下降，而犁底层呈现先升后降趋势。耕作20-30年时出现微生物活性峰值，与铁氧化物介导的微好氧环境相关。

微生物残留物的积累规律
真菌和细菌残留物含量均呈现"钟型曲线"变化，耕作40年达到峰值后衰减。残留物积累效率与Fe³⁺含量显著正相关(r=0.82)，证实矿物保护对微生物衍生碳的稳定作用。

驱动机制解析
SEM模型显示：耕作年限通过改变土壤pH和Fe²⁺/Fe³⁺比值间接调控微生物群落组成，其中G⁺细菌对残留物积累的贡献率高达47%。耕作层和犁底层的碳保存机制存在显著分异：表层主要依赖微生物代谢调控，而深层更依赖Fe-OC复合体的化学保护。

该研究首次阐明湿地开垦过程中"微生物-矿物-SOC"的三元耦合机制，提出耕作40年是微生物残留物积累的关键转折点。发现犁底层在长期碳封存中的重要作用，为制定保护性耕作措施提供理论依据。研究结果对准确评估农业活动对全球碳循环的影响具有重要科学价值，相关成果已应用于东北黑土区碳汇能力评估模型。