《Applied Soil Ecology》：Plant-derived carbon dominates over microbial necromass in soil organic carbon accumulation under organic amendment management in karst ecosystems
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摘要由于独特的生物地球化学特性，喀斯特生态系统在陆地碳固持中发挥着关键但机制尚未明确的作用。然而，外源有机物料类型（秸秆与绿肥）及替代率（30%与60%替代）如何调控土壤有机碳（SOC）积累过程中植物源碳与微生物残体碳（MNC）的分配仍知之甚少。本研究显示，喀斯特土壤SOC积
摘要
由于独特的生物地球化学特性，喀斯特生态系统在陆地碳固持中发挥着关键但机制尚未明确的作用。然而，外源有机物料类型（秸秆与绿肥）及替代率（30%与60%替代）如何调控土壤有机碳（SOC）积累过程中植物源碳与微生物残体碳（MNC）的分配仍知之甚少。本研究显示，喀斯特土壤SOC积累以植物源碳为主，而非微生物残体碳（MNC）。随机森林分析表明，木质素酚类对SOC积累变异的解释力（75.6%）高于MNC。有机物料类型显著改变了微生物碳积累路径。高量绿肥处理（HMCF）通过提高真菌磷脂脂肪酸（PLFAs）60%加速了MNC周转，从而降低了MNC对SOC的贡献。相比之下，高量秸秆处理（HSCF）仅导致MNC对SOC的贡献略有下降。总体而言，高量有机投入显著提高了碳固持效率，使SOC增加30%（HMCF）和26%（HSCF）。此外，土壤养分耦合调控碳分配：速效氮（AN）预测MNC变异，而磷限制约束了微生物残体积累。总之，养分协调的有机管理对于优化喀斯特SOC固持至关重要，其中还田60%秸秆或配合补磷施用堆肥是最有效的策略，可在维持微生物残体碳库的同时最大化植物源碳积累。
引言
在喀斯特地区，独特的水地质过程和可溶性碳酸盐岩使土壤有机碳（SOC）动态极易受到严重土壤侵蚀和生态退化的影响（Ford, 2007; Liang等, 2015）。尽管有机物料已广泛应用于恢复这些脆弱石灰性土壤的肥力和增强SOC固持（Liang等, 2024），但不同有机投入下SOC积累的生物地球化学机制仍知之甚少。虽然以往喀斯特研究大多评估总SOC对土地利用变化或一般管理措施的响应（Huang等, 2021），但SOC积累过程中植物源碳与微生物源碳的相对贡献和分配仍未解决。特别是，不同有机物料类型（秸秆与绿肥）和碳替代率如何调控喀斯特农业生态系统中植物碳保存与微生物碳周转尚未经系统研究。
掺混秸秆和绿肥等外源有机物料是提高退化喀斯特生境SOC库容的关键策略（Comin等, 2018; Mehran等, 2025; Steiner等, 2007; Zhang等, 2023）。然而，秸秆和绿肥对SOC积累的贡献存在显著差异（Zhang等, 2025a, Zhang等, 2025b）。秸秆具有高的C:N比和丰富的难降解木质素，微生物可利用性低，促进植物源碳积累（Chen等, 2025）。相反，富含氮、磷等养分的绿肥刺激微生物活动，加速微生物源碳形成（Jia等, 2024）。施用量也至关重要；不同施用量（30%与60%）产生的剂量效应显著影响微生物源碳对SOC的贡献。高施用量（60%）促进基质和养分富集（Liu等, 2022），从而提高微生物生物量和残体碳的贡献（Li等, 2020）。喀斯特土壤具有独特的生物地球化学特性，包括高钙离子浓度、中性至碱性pH、严重磷缺乏伴随低C:N比（Wen等, 2017）。这些独特的地球化学约束是否以及如何改变秸秆与堆肥在驱动植物或微生物介导碳积累方面的相对有效性仍是一个未解决的问题。
由于独特的母质土壤材料和水地质过程，喀斯特地区SOC积累机制与非喀斯特地区有显著差异（Bai和Zhou, 2020; Qin等, 2022; Zhong等, 2022）。碱性条件降低了木质素降解真菌的丰度（白腐真菌减少40%–60%），导致喀斯特地区植物残体的微生物转化效率比非喀斯特地区降低30%–50%。因此，这增强了植物源碳的直接积累，木质素酚类指标证实了这一点（Ding等, 2023）。同时，高氮背景导致土壤C:N失衡（<12）和磷限制，显著限制了微生物生物量生长（微生物商数MBC/SOC在喀斯特地区平均低35%）和微生物残体碳（MNC）合成（Chen等, 2018; Zhao等, 2024）。虽然现有研究主要关注非喀斯特农业系统（Fu等, 2025; Mi等, 2025; Yuan等, 2025），但喀斯特土壤中植物源碳与微生物源碳在长期有机管理下的响应模式和相对重要性仍不清楚。因此，阐明调控喀斯特土壤中植物源和微生物源碳积累的关键环境驱动因子，对于理解SOC稳定性机制而言是一个关键科学问题。
本研究利用20年长期喀斯特野外试验阐明有机物料后SOC积累的生物学机制。我们采用生物标志物（木质素酚类、氨基糖和PLFAs）结合随机森林建模和具有Bootstrap中介分析的偏最小二乘结构路径模型（PLS-PM），旨在阐明有机管理如何调控喀斯特土壤SOC积累。具体而言，我们检验了三个假设：（1）植物源碳对SOC积累的贡献大于MNC；（2）秸秆和绿肥通过改变微生物残体周转驱动不同的碳稳定化路径；（3）微生物残体积累受土壤磷有效性的化学计量学约束。
章节摘要
研究区域
2004年在中国科学院广西环江喀斯特生态系统观测研究站（108°18′–108°20′E，24°43′–24°45′N）开展了一项长期野外试验。研究区域土壤为石灰土，由白云岩母质发育而来（Xiao等, 2020a, Xiao等, 2020b）。该区域代表典型的喀斯特峰丛洼地农业生态系统。该地区属中亚热带季风气候，年均
基本土壤性质
与无肥（NoF）和仅施化肥（CF）处理相比，有机物料显著提高了SOC、速效氮（AN）、全氮（TN）、速效磷（AP）和硝态氮（NO??-N）。SOC在高量绿肥配合化肥处理（HMCF）下增幅最大（比NoF处理高30%），其次为高量秸秆配合化肥（HSCF，增加26%）、低量秸秆（LSCF，增加15%），以及
植物源碳在喀斯特土壤碳固持中的主导作用
我们证明植物源碳是喀斯特农田SOC积累的主要驱动因子，支持了我们的第一个假设。木质素酚类解释了SOC总变异的75.6%（图4），显著高于BNC（64.8%）和FNC（30.9%）。这种植物主导的固持模式与温带非喀斯特农田土壤和亚热带非喀斯特地区观察到的微生物残体主导机制形成对比（Jia等, 2022; Li等, 2024; Liang等
结论
本研究表明，有机物料管理促进了喀斯特农业生态系统中SOC固持，在长期碳积累过程中植物源碳（木质素酚类）主导MNC。随机森林建模将木质素酚类确定为SOC积累的主要预测因子，解释了大部分变异。两种高量处理均显著提高SOC，其中HSCF增加26%同时保持MNC库稳定，HMCF增加30%但代价是
CRediT作者贡献声明
冯淑真：论文审阅与编辑，论文撰写初稿，可视化，指导，项目管理，方法论，数据管理，概念构思。 赖兴腾：论文审阅与编辑，论文撰写初稿，方法论，数据管理，概念构思。 黄世雄：论文审阅与编辑，方法论，形式分析，概念构思。 刘坤平：项目管理，方法论，调查研究，基金获取，概念构思。 胡乐宁：
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本工作得到国家自然科学基金（32460318）、广西自然科学基金（2026GXNSFHA00640050）和广西重点研发计划（FN2600640002）的支持。
冯淑真|赖兴腾|黄世雄|刘坤平|胡乐宁
