侵蚀地貌中微生物介导的土壤有机碳库组成与稳定机制研究

本研究针对侵蚀农业景观中碳封存的微生物机制不明问题，通过分析溶解有机碳(DOC)、微生物残体碳(MNC)和矿物结合有机碳(MAOC)的垂直分布特征，发现沉积区SOC矿化速率显著降低（表土降40.7%，底土降70.6%），揭示了芳香类难降解DOC富集与真菌源残体主导MAOC稳定的协同机制，为分层碳模型整合微生物功能性状提供理论依据。

　　

在气候变化加剧的背景下，土壤作为全球最大的陆地碳库，其有机碳的稳定性关乎碳循环平衡。然而，侵蚀农业景观中，土壤有机碳（SOC）的垂直分异机制始终是个"黑箱"。传统认知认为侵蚀仅造成表层碳流失，但最新证据显示，侵蚀-沉积过程会通过改变微生物栖息环境，深刻影响深层碳库的组成与命运。这种认知空白直接制约着精准碳模型的构建，也阻碍了农业土壤固碳潜力的评估。

中国科学院东北地理与农业生态研究所的研究团队选择内蒙古呼伦贝尔典型侵蚀坡地为研究对象，创新性地采用"表土-底土"（0-20 cm vs 80-100 cm）双层次采样策略，结合超高分辩傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR-MS）和微生物生物标记物分析，首次系统揭示了侵蚀-沉积过程中微生物驱动SOC稳定的三维机制。相关成果发表在《CATENA》上，为农业土壤碳管理提供了微生物尺度的理论支撑。

关键技术方法包括：1）坡面三位点（上坡/中坡/下坡）配对采样；2）FT-ICR-MS解析DOC分子特征；3）氨基糖定量追踪微生物残体碳（MNC）来源；4）¹³C标记测定碳利用效率（CUE）；5）高通量测序分析微生物群落重构。

【SOC在不同组分中的分布】
沉积区SOC含量显著高于侵蚀区（底土最高达271.1%），且以矿物结合态（MAOC）为主导（底土占比88.0-96.1%）。FT-ICR-MS显示下坡沉积区富集木质素类、单宁类等芳香性DOC分子，其H/C比显著低于侵蚀区（p<0.05），证实了难降解有机质的优先沉积。

【微生物群落重组】
沉积区表土中r-策略菌（变形菌门+24.0%，芽单胞菌门+27.4%）丰度激增，而K-策略的酸杆菌门锐减47.9%。底土真菌残体碳激增233.6%，成为MAOC的主要贡献者（占比58.7%），其几丁质结构与矿物表面结合效率是细菌肽聚糖的1.8倍。

【碳稳定机制】
尽管沉积区微生物碳利用效率（CUE）仅提高5.2%，但矿物保护效应使MNC周转周期延长3-4倍。多元分析表明，真菌生物量每增加1%，MAOC含量上升0.83 mg/g（R²=0.76），而DOC芳香性与SOC矿化速率呈显著负相关（r=-0.89）。

这项研究颠覆了"侵蚀仅导致碳流失"的传统认知，证实沉积过程通过三重机制增强碳稳定性：1）物理筛选富集难降解DOC；2）真菌群落扩张促进矿物-残体复合体形成；3）微生物生活史策略转型调控碳分配。特别是底土"真菌-矿物"耦合系统的发现，为深层碳封存提供了新解释框架。研究建议将微生物功能性状（如r/K策略比、几丁质合成基因丰度）纳入碳模型参数，这对准确预测侵蚀地貌的碳汇潜力具有重要实践意义。