《Journal of Hazardous Materials》：Plant litter inputs shape microbial residue carbon and metal bioavailability in zinc smelting slag: 13C-traced carbon partitioning in a metal-stressed substrate
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•13C示踪揭示了金属胁迫下锌冶炼渣中凋落物碳的分配格局。•叶凋落物促进了微生物同化，而根凋落物与矿物结合态有机碳（MAOC）相关。•真菌残体在氨基糖源微生物残体碳中占主导地位。•13C标记的真菌残体追踪了凋落物碳进入微生物残体碳库的过程。•凋落物输入改变了DTPA可提取态金
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13C示踪揭示了金属胁迫下锌冶炼渣中凋落物碳的分配格局。
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叶凋落物促进了微生物同化，而根凋落物与矿物结合态有机碳（MAOC）相关。
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真菌残体在氨基糖源微生物残体碳中占主导地位。
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13C标记的真菌残体追踪了凋落物碳进入微生物残体碳库的过程。
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凋落物输入改变了DTPA可提取态金属含量，揭示了碳–金属权衡关系。
引言
锌冶炼渣是一种生态恢复极具挑战性的基质，其有机碳含量匮乏且富含潜在有毒金属，包括Zn、Pb、Cu和Cd。碳可利用性低、物理结构差、有机-矿物结合有限以及金属生物有效性升高，共同制约了植物定殖、微生物演替、养分循环及类土壤功能的发育[33]、[37]、[68]。直接植被恢复，包括植物稳定化，是重金属富集矿山尾渣和冶炼渣原位恢复的重要策略，但植物定殖可能受不利基质条件的限制[39]、[44]。因此，在富金属冶炼渣中重建有机碳库仍然困难。刻画新输入有机碳的早期分配格局对于理解冶炼渣恢复过程中碳贫乏发育至关重要。
植物凋落物是植被发育过程中有机碳的天然来源[46]，而补充性凋落物添加可提供互补性碳输入，但不能替代基于植被的修复方式。以往对锌冶炼渣的研究表明，凋落物分解可以改善养分和微生物条件，同时产生与凋落物和金属特性相关的金属有效性变化[38]。植物凋落物和残体也可贡献于颗粒态有机质，影响植物辅助稳定化过程中的金属分布[37]，而凋落物来源的溶解性有机质可因其分子量特征和氧气可利用性不同而引发差异性的金属响应[40]。这些发现表明，凋落物对金属行为的影响并非均匀地起固定作用。由于冶炼渣基质具有低碳、弱结构和金属胁迫的特征，锌冶炼渣中凋落物碳的命运也可能与发育成熟的土壤不同[36]、[39]、[44]。凋落物碳可能在生活微生物生物量、微生物残体、木质素来源结构碳库、颗粒态或细粒组分关联碳库之间进行分配[24]、[28]、[54]。组织化学和结构的差异可导致叶凋落物和根凋落物在底物可及性和微生物加工方面不同，叶凋落物通常支持更快的早期利用，而根凋落物经历相对较长的转化过程[10]、[2]、[63]。在锌冶炼渣中，这些不同凋落物类型是否产生不同的碳分配格局，以及这些格局是否伴随差异性的金属响应，仍有待解决。
微生物碳泵为理解植物来源碳向微生物来源有机质的转化提供了框架[30]、[32]。被同化为微生物生物量的有机底物，在细胞周转后可贡献于微生物残体，而这些残体可能通过生化抗性或与矿物及细粒组分结合而持续存在[24]、[31]、[34]。在锌冶炼渣中，微生物碳加工受到共存的Zn、Pb、Cu和Cd的复合胁迫。锌对锌冶炼渣尤为重要，因为锌虽然低浓度时是必需元素，但过量锌可破坏细胞金属稳态和代谢功能[20]、[7]。更广泛地，升高的金属胁迫可增加解毒、修复和维持的能量成本，可能改变微生物碳分配、生物量周转和残体形成[51]、[6]、[60]。胁迫诱导的微生物周转又可产生进入矿物或细粒组分关联碳库的细胞壁来源物质[60]、[9]。由于这些金属共存，在本系统中无法区分各金属对微生物碳转化的独立贡献。细菌来源和真菌来源残体在细胞壁组成、周转动态和表面相互作用方面存在差异[23]、[31]、[67]。在富金属冶炼渣中，凋落物来源碳是否在细菌来源和真菌来源残体碳库中被差异性回收，以及累积残体的组成是否反映生活微生物生物量中细菌–真菌的组成，仍有待解决。
回答这些问题需要将新输入的凋落物碳与背景碳区分、生活微生物生物量与累积残体区分、以及植物来源结构化合物与微生物来源产物区分。13C示踪可在各测量碳库中解析新输入的凋落物碳，而磷脂脂肪酸（PLFA）和氨基糖生物标志物可区分生活微生物生物量与细菌来源和真菌来源残体[15]、[3]、[63]、[67]。木质素酚分析可提供关于植物来源结构碳的互补信息，胞外酶测定和宏基因组分析可为微生物碳转化提供功能背景[18]、[43]。综合而言，这些方法使示踪解析下的微生物碳、植物来源结构碳和操作有机碳库与金属可提取性响应的比较成为可能。
本研究开展了为期90天的分解实验，使用13C标记的多年生黑麦草叶和根凋落物添加至多年生黑麦草调理的锌冶炼渣中，设置三个输入水平。研究目标为：(i)确定凋落物类型和输入水平如何影响凋落物来源碳在各测量有机碳库及冶炼渣粒径组分间的分配；(ii)量化凋落物来源碳在微生物残体和木质素来源结构碳库中的回收率，并比较微生物残体中细菌–真菌组成与基于PLFA的生活微生物生物量组成；以及(iii)评估凋落物诱导的碳分配响应是否伴随金属可提取性的元素特异性变化。我们假设：(i)叶凋落物和根凋落物将产生不同的短期碳分配格局；(ii)基于氨基糖的残体组成将与基于PLFA的生活微生物生物量组成不同；以及(iii)金属可提取性响应在各元素间存在差异，而非随凋落物添加均匀下降。通过将示踪解析的碳分配与金属可提取性响应联系起来，本研究推进了对锌冶炼渣早期碳库发育和短期碳–金属权衡的理解。
章节摘要
冶炼渣采集与受体多年生黑麦草调理基质的制备
锌冶炼渣采集自贵州省威宁县的一处渣场。从多个随机选定的无植被地点的0–30 cm表层采集渣样。将采集的冶炼渣充分混匀制成复合样，风干、轻碎后过2 mm筛后使用。
后续凋落物分解实验所用的受体基质独立于用于生产
凋落物分解过程中粒径分布与DTPA可提取态金属
经过90天的凋落物分解后，锌冶炼渣的粒径分布变化不大（图S1）。在所有处理中，0.25–1 mm组分始终是主要的粒径类别，且大多数粒径分布指数，包括MWD、GMD和R0.25在各处理间差异不显著（p > 0.05），尽管L3处理的MWD、GMD、R0.25及1–2 mm组分比例在数值上高于其他处理。
DTPA可提取态金属
锌冶炼渣中凋落物来源碳的早期分配
13C示踪结果揭示了锌冶炼渣中凋落物来源碳在各测量有机碳库中的分配存在不同模式。叶凋落物通常引发比根凋落物更强的短期碳响应，表现为通常更大的总有机碳（TOC）和微生物生物量碳（MBC）响应，以及在多个碳库中更高的凋落物来源13C回收率。这一模式与以往研究表明相对易分解的凋落物底物可被更快地加工一致
结论
本研究将13C示踪与微生物和植物来源生物标志物相结合，解析了多年生黑麦草调理锌冶炼渣中新输入凋落物碳的短期分配格局。叶凋落物和根凋落物表现出对比性的碳分配模式，叶凋落物通常支持更多新输入碳进入基于PLFA的生活微生物生物量。尽管细菌PLFAs在生活微生物生物量中占主导，但氨基糖生物标志物表明真菌来源——
环境意义
锌冶炼渣面临生态恢复挑战，因为有机碳含量低制约了植被恢复和基质发育，而潜在生物有效性金属则构成生态风险。凋落物来源碳在微生物残体和木质素来源碳库中被回收，同时凋落物添加改变了DTPA可提取态金属库。凋落物来源碳主要在真菌残体中被回收，提供了在——
CRediT作者贡献声明
罗友发： 论文写作 – 审阅与编辑，监督，软件，项目管理，基金获取，概念化。唐燕姣： 软件，方法论。张碧： 软件，方法论。张思宇： 论文写作 – 初稿撰写，可视化，软件，方法论。潘丽珊： 方法论，调查研究。
利益冲突声明
作者声明不存在已知的可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本研究受国家自然科学基金（批准号：52264012）、贵州省重大科学技术项目（批准号：[2025] 0041）、贵州省高层次人才培养计划（批准号：GCC [2023] 045）、贵州省重点技术研发项目（批准号：[2023] 一般 230）以及贵州省科技成果转化项目（批准号：LH[2024] 重大 029）资助。
张思宇|潘丽珊|罗友发|唐燕姣|张碧
