《Global Change Biology》：Mineral Stabilization of Soil Organic Sulfur at the Continental Scale
编辑推荐：
大气硫(S)沉降下降使S成为新兴植物限制大量营养元素，而作为最大的陆地S库、并通过矿化供应植物可利用硫酸盐的土壤有机S的稳定性和动态仍不清楚。在北美土壤中，总有机S以矿质结合有机S（mineral-associated organic S，MAOS；61%±2
大气硫(S)沉降下降使S成为新兴植物限制大量营养元素，而作为最大的陆地S库、并通过矿化供应植物可利用硫酸盐的土壤有机S的稳定性和动态仍不清楚。在北美土壤中，总有机S以矿质结合有机S（mineral-associated organic S，MAOS；61%±26%）为主；该库受矿物保护而稳定，但在约600 μg S/g soil处达到饱和。相比相对易变且不饱和的颗粒有机S（particulate organic S，POS），MAOS分解程度更高、化学组成更多样且对气候敏感。较高温度加速两库的S矿化，但其供应有效S的能力随水分状况变化，因为MAOS在较湿土壤中稳定，而POS保持易变。这项大陆尺度土壤S循环再评估表明，次生矿物通过稳定有机S和保留硫酸盐在土壤S循环中发挥双重作用，为S匮乏未来下应对气候变化的养分管理与碳固存提供了机制基础。
研究背景方面，硫（S）是所有生命必需的大量营养元素，由于全球大气S沉降下降，土壤S缺乏日益严重。土壤母质通常低S，工业以来人为SO?和SO?2?沉降是主要外源，但北美空气治理使S排放下降约90%，导致自然与农业生态系统广泛出现S限制。土壤有机S占陆地总土壤S的95%以上，其微生物矿化已成为植物可利用硫酸盐的重要来源。传统研究按生化反应性把有机S分为易变酯硫酸（C–OSO?）和难分解碳键硫（C–S），但矿物结合会通过物理保护改变其可矿化性。近年来土壤有机质研究中把有机质划分为颗粒有机质（particulate organic matter，POM）与矿质结合有机质（mineral-associated organic matter，MAOM）的框架可改进有机碳和氮循环预测，但该方法在土壤有机S上的大陆尺度特征仍基本未被探索。该研究正是为填补矿物结合有机S（MAOS）与颗粒有机S（POS）的量、化学形态和环境敏感性在广域生态系统中未知这一空白而开展。研究人员利用美国国家生态观测网络（National Ecological Observatory Network，NEON）40个站点、20个美国生态气候域的A和B层土壤，首次在大陆尺度评估土壤有机S的物理与化学属性。
主要关键技术方法上，样本来自NEON Megapit档案的40个站点A、B层土壤，覆盖森林、草地、灌木地、耕地和湿地及9个土纲。研究人员采用密度与粒径分级分离轻组颗粒有机质（light POM，LPOM；<1.85 g/cm3）、重组砂级有机质（heavy POM，HPOM；>1.85 g/cm3且>53 μm）和矿质结合有机质（MAOM；>1.85 g/cm3且<53 μm）；用元素分析仪测总有机碳、氮、硫；用硫K边X射线吸收近边结构（X-ray Absorption Near-Edge Structure，XANES）光谱表征MAOM与LPOM及全土中S官能团，并以平均S氧化态（average S oxidation state，ASOX）作为有机S分解程度代用指标；用结构方程模型（structural equation modeling，SEM）路径分析气候、矿物学和土壤属性对有机S库及硫酸盐有效性的直接与间接效应。
研究结果部分，3.1 Distributions of MAOS and POS中，研究人员通过浓度与分数统计及饱和曲线分析发现，MAOS平均占全土有机S的61%±26%，A层f_MAOS为57%±21%，B层为64%±28%；MAOS随总有机S（total organic S，TOS）增加呈饱和响应，约600 μg S/g soil后不再增加，后续TOS增加只来自POS积累。该MAOS上限对应MAOC约60 g C/kg soil，说明矿物表面面积制约有机S稳定。MAOS与MAOC、POS与POC强相关，表明有机S与有机C在矿物结合和颗粒态中耦合。
3.2 Oxidation States and Decomposition Degree of MAOS and POS中，XANES显示A层LPOS以碳键硫为主（89%±4%），MAOS碳键硫较低（73%±13%）且酯硫酸更高（27%±13%），说明MAOS更氧化、更分解但对环境更敏感。温度上升使MAOS和LPOS氧化态升高，尤其B层；有效土壤水分（MAP-PET）对两库影响相反，LPOS氧化略增，而MAOS氧化下降，因湿条件下植物源还原态S输入和微孔缺氧酸化保存了还原态S。
3.3 Sulfate Availability in Soils中，交换性S在A层为12±13 μg/g soil，B层为41±80 μg/g soil，林地高于草地。SEM表明交换性S与MAP-PET和草酸提取铁铝（Fe_ox、Al_ox）正相关，说明金属氧化物吸附硫酸盐；其与POS浓度和MAOS氧化态正相关的同时与LPOS氧化态负相关，表明POS快速周转、LPOS氧化水解和MAOS逐步酶解共同调控可利用硫酸盐。
3.4 Role of Minerals in Sustaining Sulfur Fertility in Soils中，研究人员总结粉黏级矿物既把有机S富集进MAOM并保护其免遭分解，又中等强度吸附无机硫酸盐减少淋失，使细质地土壤成为植物可用硫酸盐的缓释系统，而砂土易缺S。
3.5 Implications for Sulfur Nutrient Management and Limitations中，研究人员指出变暖加速有机S矿化，干热区MAOS释硫和淋失风险高，湿润区更多S被MAOS封存；农业上粗质土靠有机质输入建POS，细质土需适度通气调控MAOS周转，且S管理须与有机C固存目标平衡。
讨论与结论部分，研究人员认为矿物通过稳定有机S和保留硫酸盐发挥双重作用，MAOM–POM框架可解释土壤有机S分配。结论是： declining atmospheric S deposition makes S an emerging limiting macronutrient for plants, yet the stability and dynamics of soil organic S—the largest terrestrial S pool supplying plant-available sulfate via mineralization—remain unclear. Across North American soils, total organic S is dominated by mineral-associated organic S (MAOS; 61%±26%); this pool is stabilized by mineral protection but saturates at ~600 μg S/g soil. Compared with particulate organic S (POS), which is relatively labile and does not saturate, MAOS is more decomposed, chemically diverse, and climate-sensitive. Higher temperature accelerates S mineralization in both pools, but their ability to supply available S varies with moisture regime because MAOS stabilizes in wetter soils while POS remains labile. This continental-scale reassessment of the soil S cycle reveals that secondary minerals play a dual role in soil S cycling by stabilizing organic S and retaining sulfate, providing a mechanistic basis for nutrient management and carbon sequestration in response to climate change in an S-scarce future. 大气S沉降下降使S成为植物新兴限制大量营养元素，但作为通过矿化供应植物可用硫酸盐的最大陆地S库的土壤有机S其稳定性与动态仍不清楚。在北美土壤中，总有机S以矿质结合有机S（MAOS；61%±26%）为主；该库受矿物保护稳定，但在约600 μg S/g soil饱和。相比相对易变且不饱和的颗粒有机S（POS），MAOS分解更强、化学更多样且对气候敏感。较高温度加速两库S矿化，但其供应有效S能力随水分状况变化，因为MAOS在较湿土壤稳定而POS保持易变。该土壤S循环大陆尺度再评估揭示，次生矿物通过稳定有机S和保留硫酸盐在土壤S循环中具双重作用，为S匮乏未来中应对气候变化的养分管理与碳固存提供机制基础。
