海拔梯度调控青藏高原高寒泥炭地微生物残体碳与木质素酚的分布格局及其对土壤碳库的贡献

针对高寒泥炭地土壤有机碳（SOC）来源不明的科学问题，研究人员以青藏高原4个海拔梯度泥炭地为对象，通过氨基糖和木质素酚生物标志物分析，揭示了微生物残体碳（MNC）和植物木质素对SOC的贡献规律。结果表明：MNC贡献随土壤深度减少（283→229 mg g?1 SOC），木质素酚则相反（21.5→24.6 mg g?1 SOC），且海拔升高通过抑制碳氧化酶活性促进两者积累。该研究为理解泥炭地碳固存机制提供了新视角。

　　

论文解读

泥炭地虽仅占全球陆地面积的3%，却储存了约三分之一的土壤有机碳（SOC），是应对气候变化的关键自然解决方案。然而，泥炭地SOC的稳定性机制长期存在争议——究竟是植物残体主导的"惰性碳库"，还是微生物代谢驱动的"活性转化系统"？这一问题直接关系到全球碳循环模型的准确性。传统观点认为，泥炭地的厌氧环境会抑制木质素分解，使植物来源碳占主导；但近年研究发现微生物残体碳（Microbial Necromass Carbon, MNC）可能是稳定SOC的重要组分。这两种碳组分如何响应环境梯度变化？它们的相对贡献受哪些因素调控？这成为青藏高原高寒泥炭地碳循环研究中的核心科学问题。

为解答这些问题，中国科学院的研究团队选取青藏高原东部4个不同海拔（3050-4200米）的高寒泥炭地，采用氨基糖（微生物残体标志物）和木质素酚（植物来源标志物）生物标志物技术，结合土壤酶活性及化学计量分析，首次系统揭示了海拔梯度下MNC与木质素酚的分布规律及其驱动机制。研究成果发表在《CATENA》上，为预测气候变化下泥炭地碳库响应提供了理论依据。

关键技术方法

研究团队采集0-30 cm土层样本，通过气相色谱-质谱联用（GC-MS）测定氨基糖（胞壁酸、氨基葡萄糖等）和木质素酚（香草醛、紫丁香醛等）含量；采用微孔板法分析β-1,4-葡萄糖苷酶（BG）、酚氧化酶（PHO）等酶活性；结合土壤碳磷比（C:P）等化学计量特征，通过主成分分析和结构方程模型解析关键驱动因子。

研究结果

微生物残体碳与木质素酚的垂直分异
• 微生物残体碳（MNC）贡献随深度显著降低，表层（0-15 cm）平均283 mg g^?1
SOC，底层（15-30 cm）降至229 mg g^?1
SOC，真菌残体碳（FNC）占主导（约75%）。
• 木质素酚呈现相反趋势，表层贡献21.5 mg g^?1
SOC，底层增至24.6 mg g^?1
SOC，表明厌氧环境更利于植物残体保存。

海拔梯度的调控作用
• 高海拔泥炭地（如4200米的JZ样地）MNC含量显著高于低海拔区域，与酚氧化酶（PHO）活性随海拔下降显著相关（R²
=0.62）。
• 碳磷比（C:P）失衡是另一关键驱动因子：当C:P>200时，微生物通过分解易降解碳缓解磷限制，间接促进MNC和木质素酚的积累。

酶活性与化学计量的交互影响
• 结构方程模型显示，海拔通过降低温度直接抑制PHO活性（路径系数=-0.53），同时通过增加C:P比间接刺激微生物代谢（路径系数=0.41），形成对碳组分的双重调控。

结论与意义

该研究首次量化了青藏高原泥炭地中微生物与植物来源碳的贡献比例，揭示出海拔梯度通过"酶活性抑制-化学计量调控"的双通道机制影响SOC组成：高海拔低温抑制酚氧化酶活性，减缓木质素分解；同时C:P失衡促使微生物优先利用易降解碳，导致MNC和木质素酚相对富集。这一发现挑战了"泥炭地碳库纯由植物残体主导"的传统认知，提出微生物残体可能是高寒泥炭地长期碳固存的重要载体。研究为精准评估全球变化下泥炭地碳汇功能提供了新参数，对制定基于自然的碳中和策略具有指导价值。