全球陆地碳（C）循环与农业生态系统管理密切相关 [1]。尽管农业系统是温室气体排放的重要来源，但其也具有巨大的土壤有机碳（SOC）固存潜力，从而有助于区域粮食安全和减缓气候变化 [2]。土壤微生物广泛分布且高度多样，在维持生态系统功能中发挥着关键作用，包括土壤有机质分解、团聚体形成与稳定、养分循环以及植物—土壤互作 [3]。因此，阐明SOC动态及其潜在的微生物调控机制仍是陆地C循环研究的重要前沿领域。
近年来，包括高频剖面气体监测、SOC物理化学分离和宏基因组测序等前沿技术的进展，大幅提升了我们对保护性耕作、作物轮作和精准养分管理如何调控微生物C动态并促进土壤C固存的认知 [4,5,6]。尽管取得了这些重大进展，仍存在诸多知识空白，限制了我们预测不同农业生态系统中固存C的稳定性与持久性的能力。主要挑战在于土壤C通量与长期C固存之间的空间解耦。对于微生物来源的C中间产物如何在微尺度上穿越异质土壤基质、与矿物表面相互作用并在团聚体中获得物理保护，我们仍然缺乏机制性认识。此外，尽管在集约化农艺制度下短期施用有机或无机肥料可暂时刺激微生物生物量并使SOC分子组成向更高的化学惰性方向转变 [7]，但其长期后果，特别是土壤酸化胁迫和深层剖面温室气体排放 [8]，仍未得到充分量化。此外，多组学数据推断的功能潜力与微生物在动态田间条件下实际表达的代谢活性之间仍存在显著尺度不匹配。为应对这些紧迫挑战，本期专题汇编了综合性研究，利用前沿技术揭示农业生态系统中调控C周转、固化和固存的微生物机制。
本期专题包含六篇贡献文章，共同推进了我们对SOC动态及其与微生物群落互作的理解。这些论文涵盖了多种主题，包括土地利用模式、施肥制度和作物秸秆管理策略。总体而言，这些研究分为三大主题领域：（i）SOC梯度上的土壤微生物多样性（贡献文章5）；（ii）土壤C排放与损失（贡献文章1和3）；以及（iii）SOC固存及其微生物驱动因素（贡献文章2、4和6）。
Shen等（贡献文章1）评估了沟行玉米秸秆覆盖对坡耕地土壤侵蚀和SOC损失的影响。通过对自然侵蚀性降雨事件的田间监测，作者证明秸秆覆盖显著降低了径流系数、泥沙浓度以及沉积物中有机C损失占总C损失的比例。该研究进一步表明，常见降雨模式对土壤侵蚀和SOC损失的影响大于特殊降雨事件，而沟行玉米秸秆覆盖可有效缓解这些不利影响。这些发现为稳定土壤微环境、减缓土壤退化以及增强寒冷地区农业生态系统水土资源的长期保护提供了实用的田间管理策略。
Wang等（贡献文章2）研究了旱地转为水田的土地利用转换对土壤团聚体内SOC含量和酶活性的影响。其研究表明，微团聚体是典型黑土中占主导地位的团聚体组分，且农业开垦显著降低了土壤团聚体的平均重量直径和几何平均直径。此外，土壤团聚体内的SOC含量和酶活性受团聚体尺寸和土地利用转换的双重控制，其中后者的影响更为显著。这些发现表明，旱地转为水田从根本上改变了团聚体内SOC分布和固化的控制机制，是增强农业生态系统长期SOC固存的重要途径。
Shi等（贡献文章3）考察了氮（N）素施用对温室气体排放动态及其土壤剖面垂直分布的影响。通过整合连续田间通量测量与定量聚合酶链反应（qPCR）分析，作者证明N素施用抑制了甲烷排放，同时在表层刺激了二氧化碳（CO2）和一氧化二氮排放。在土壤剖面中，N素添加增加了0–60 cm深度的CO2浓度，其中表层30 cm成为主要响应热点。该研究进一步确定土壤pH和铵态氮是决定功能微生物群落丰度和组成的关键微环境驱动因子。这些发现为理解土壤C和N循环的耦合调控提供了重要的机制性框架，并为管理农业生态系统中的生物地球化学过程提供了有价值的见解。
Wang等（贡献文章4）利用整合宏基因组和高级光谱学方法评估了有机改良剂与化学肥料协同施用对微生物介导的C固化的效应。通过表征土壤有机质的结构组成和土壤微生物群落的功能潜力，该研究表明有机—无机联合施肥制度显著提高了土壤养分有效性和酶活性，同时促进了SOC组分的积累与稳定性。宏基因组分析进一步强调了联合施肥丰富了与C固定相关的特异性微生物功能基因。这些发现凸显了有机肥料和无机肥料在提高土壤C固存方面的协同作用，并为优化农业生态系统中的施肥策略提供了科学依据。
Li等（贡献文章5）考察了草场—农田界面土壤微生物群落的微尺度生态边界和演替动态。该研究追踪了这一结构性生态交错带上急剧的环境梯度如何重塑微生物alpha和beta多样性，以及涉及C和养分循环的功能类群的丰度变化。研究发现，农田界面的边缘效应导致细菌和真菌群落组成的显著变化，并削弱了微生物共现网络的稳定性和连通性。这些发现不仅推进了我们对生态交错带边界土壤—微生物互作的理解，还为预测景观界面上的源—汇动态和生物地球化学过程提供了空间明确的框架。
Jiang等（贡献文章6）证明在豆类—玉米间作系统中，最佳N素施用量可促进SOC的化学稳定性，而过量N素投入则通过土壤酸化抑制微生物生物量和C利用效率。N素诱导的土壤pH变化进一步重塑了矿物表面性质和有机—矿物互作，从而对SOC固化产生双重效应。在机制层面，N素添加改变了SOC的功能基团组成，促进了化学惰性C结构的积累。该研究为阐明C—N互作提供了新颖的光谱和机制框架，并为旨在同时提高作物产量和长期土壤C固存的精准N管理策略提供了有价值的见解。
土壤有机C固存是农业可持续性和全球气候变化减缓的基础 [9]。因此，理解调控SOC周转和固化的微生物机制对于优化农业生态系统功能和维持作物生产力至关重要 [10]。本期专题汇编的研究展示了农业土壤管理的前沿进展，并通过超越总体SOC储量测量，向分子水平C动态和微生物介导过程的机制性理解推进，弥合了关键知识空白。特别是，这些贡献揭示了多种管理实践和种植配置——包括谷物—豆类间作系统——如何在不同人为输入条件下重塑SOC的分子组成、化学稳定性和持久性。通过整合高级光谱方法和高通量测序技术，这些研究为C-N耦合、微生物调控C转化以及支撑土壤C库稳定的有机—矿物互作提供了新的见解。
未来研究应促进土壤生物地球化学、微生物生态、农学和计算分子建模之间更深入的学科交叉整合。这种整合对于解码在日益复杂的气候波动和集约化管理实践下土壤C固存的演化至关重要。未来工作应利用高分辨率多组学方法——包括宏基因组学、宏转录组学和代谢组学——并结合先进的同位素示踪技术，探索新生成有机—矿物复合体的实时空间分布。此外，长期多点位田间实验和预测性生物地球化学模型可将这些局部分子发现扩展到区域尺度，量化不同作物组合和土壤类型下最佳农业管理实践的差异。总之，我们期望未来的跨学科合作和创新分子技术将进一步增强农业生态系统C模型的预测能力，为全球粮食安全和环境保护提供更加实用、可持续且有据可依的解决方案。
