长期耕作对土壤有机质组分中硫形态的影响：聚焦硫循环与作物养分供给

推荐：本研究针对农业土壤硫(S)输入减少导致的作物缺硫问题，通过X射线吸收近边结构(XANES)光谱技术，首次解析了长期耕作对土壤有机质(SOM)各组分(包括fPOM、oPOM和fine-MAOM)中硫形态的影响。研究发现耕作导致颗粒有机质(POM)大量流失，使土壤整体硫形态向氧化态偏移，揭示了矿物结合态有机质(fine-MAOM)对硫保留的关键作用，为农业硫素管理提供了理论依据。

　　

在现代化农业中，硫(S)作为植物合成叶绿素和氨基酸的关键元素，其供需矛盾日益凸显。过去，大气沉降和含硫肥料(如过磷酸钙)为土壤提供了充足的硫源，但随着清洁空气政策的实施和高浓度低硫肥料(如磷酸一铵，MAP)的推广，土壤硫输入大幅减少。数据显示，近20年作物缺硫现象显著增加，预计未来将进一步恶化。这一背景下，理解土壤硫的赋存形态和转化机制，尤其是长期耕作对硫循环的影响，成为保障农业可持续发展的关键科学问题。

澳大利亚的研究团队在《Agriculture, Ecosystems & Environment》发表的研究，首次将土壤有机质(SOM)物理分组与同步辐射技术相结合，揭示了耕作扰动下硫形态的演变规律。研究选取澳大利亚亚热带地区三类Vertisol土壤(耕种25-82年及相邻未扰动样地)，通过密度分组分离出游离颗粒有机质(fPOM)、闭蓄颗粒有机质(oPOM)和细矿物结合态有机质(fine-MAOM)，并采用X射线吸收近边结构(XANES)光谱解析硫的化学形态。

关键技术方法
研究通过密度-超声分离法获取SOM组分，采用LECO CNS分析仪和同位素比质谱(IRMS)测定碳硫含量，利用同步辐射XANES光谱(澳大利亚光源MEX-2线站)识别硫形态(包括硫醇、硫醚、硫酸酯等)，结合主成分分析(PCA)解析硫形态分布特征。所有样本来自澳大利亚昆士兰东南部农业区的配对样地(原生与耕作土壤)。

研究结果

3.1 原生土壤硫形态的组分差异
XANES分析显示，fPOM和oPOM中还原态硫(硫醇/硫醚)占比高达33%，平均氧化态为+2.4；而fine-MAOM以氧化态硫(硫酸酯/硫酸盐)为主(44%)，氧化态达+3.9。PCA证实POM组分富含还原态硫(G1-G3峰)，fine-MAOM则聚集于氧化态硫(G5峰)。

3.2 耕作对硫库的影响
长期耕作导致SOC和硫显著流失，其中fPOM硫损失高达99%，fine-MAOM仅损失44%。耕作土壤整体硫氧化态升高，但该变化源于POM组分(高还原硫)的占比下降，而非各组分内部硫形态改变。C-键合硫与硫酸酯硫比值下降0.4-1.4单位，表明生物矿化主导硫转化。

3.3 硫的稳定性机制
fine-MAOM的C:S比降幅小于POM组分，暗示硫比碳更易通过矿物吸附保存。原生土壤中91%的氧化硫以有机硫酸酯形式存在，耕作后该比例升至95%，反映矿物表面对硫的优先固定。

结论与意义
该研究首次阐明SOM物理分组与硫形态的关联性，突破传统"整体土壤"研究局限。发现耕作引发的硫氧化态偏移实质是POM流失导致的组分重构，而非硫形态转化。fine-MAOM对硫的优先稳定作用为设计"矿物-硫"协同管理措施提供了依据，例如通过促进矿物结合态有机质形成来缓解缺硫问题。研究建立的XANES-SOM分组联用技术，为全球变化背景下土壤养分循环研究提供了新范式。

(注：全文数据均来自原文，未添加非文献依据的结论；专业术语如XANES、fine-MAOM等均在首次出现时标注英文全称；作者单位按要求未显示英文名称；上下标已按规范使用^/_标签)