《CATENA》：Decoupling of MAOC accumulation and relative allocation under slope-dependent mineral activation in forest soils of a north–south transition zone
编辑推荐：
•铝矿物解释了MAOC变异的45.6%，高于铁和溶解性有机质（DOM）指标。•DOM腐殖化程度（HIX）在各坡向上与铝活化持续相关。•矿物活化提升了MAOC浓度，但未改变SOC的相对分配。•南坡表现出更强的解耦效应和更高的POC积累。•坡向驱动的矿物保护能力可改进SOC稳定化
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铝矿物解释了MAOC变异的45.6%，高于铁和溶解性有机质（DOM）指标。
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DOM腐殖化程度（HIX）在各坡向上与铝活化持续相关。
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矿物活化提升了MAOC浓度，但未改变SOC的相对分配。
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南坡表现出更强的解耦效应和更高的POC积累。
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坡向驱动的矿物保护能力可改进SOC稳定化模型。
引言
矿物相关有机碳（MAOC）是土壤有机碳（SOC）中相对持久的组分，其周转时间比颗粒态有机碳（POC）更长。MAOC的形成与有机化合物同活性铁（Fe）和铝（Al）氧化物之间的吸附、络合及共沉淀密切相关（Lehmann and Kleber, 2015; Jia et al., 2024）。通常使用两种互补指标来表征矿物保护：MAOC浓度，反映矿物结合碳的存留量；MAOC/SOC比值，捕捉SOC向矿物结合形态的相对分配（Cotrufo et al., 2019; Lavallee et al., 2020）。在较大空间尺度上，Fe/Al氧化物的分布已被证明可解释SOC变异的重要部分（Ren et al., 2024）。然而，Fe/Al氧化物的固碳功能在很大程度上取决于其化学形态。与结晶度较高的游离氧化物相比，弱结晶态和有机络合态Fe/Al相通常具有更高的表面反应性和更强的结合有机碳的潜力（Heckman et al., 2018; Han et al., 2025; Porras et al., 2017）。在酸性土壤中，含铝矿物相可能尤为重要，因为水解、表面质子化和配体络合可产生有利于MAOC形成的活性矿物界面（Yu et al., 2024; Gartzia-Bengoetxea et al., 2020）。因此，草酸可提取铝与连二亚硫酸钠可提取铝的比值（Alo/Ald）为铝活化及其与SOC分异之间的潜在关联提供了有效的指示指标（McKeague and Day, 1966）。
溶解性有机质（DOM）为MAOC的形成提供了重要的前体库，但其对矿物结合碳的贡献取决于分子质量和矿物表面容量两方面。HIX值较高、芳香度更强、含氧官能团更多的DOM通常被认为对矿物表面具有更强的亲和力，并通过吸附、络合或共沉淀参与稳定有机-矿物结合物的形成（Kaiser and Guggenberger, 2000; Li et al., 2024）。然而，近期证据表明，DOM光谱质量与MAOC形成之间的关系不一定呈线性。同位素示踪研究表明，新加入的碳可能优先与已被原生有机质覆盖的矿物表面结合，表明有机-有机相互作用可改变碳稳定化路径（Kang et al., 2024; Mikutta et al., 2019）。溶解态碳还可通过微生物和物理途径转移到POC中，表明DOM的输入并非仅供给MAOC库（Si et al., 2024; Sokol et al., 2019）。此外，近期证据表明，MAOC的形成和持久性受饱和亏缺、已有MAOC水平和碳输入约束的调控（King and Sokol, 2025; Rodrigues et al., 2022; Liu et al., 2025; Wu et al., 2025）。这些发现引出了一个关键问题：当活性矿物表面位点被部分占据时，由HIX定义的DOM光谱质量能否转化为MAOC/SOC比值的成比例增加，还是矿物结合能力对SOC组分分配施加了独立的约束？
将DOM光谱质量、矿物结合能力和SOC组分分配整合在统一框架内的基于野外的证据仍然有限。以往研究主要考察控制条件下单一矿物对DOM的选择性吸附（Wang et al., 2024; Niu et al., 2024），或在区域至全球尺度上评估Fe/Al氧化物与SOC储量之间的空间关系（Jia et al., 2024; Ren et al., 2024），但很少在水热条件对比下将DOM前体质量、矿物形态活化和SOC组分分异耦合在单一野外框架内。尽管大规模综合分析已阐明了POC和MAOC的广泛环境控制因子，但它们不太适合解析在局部水热对比下DOM质量和矿物活化如何共同调控SOC分配（Cheng et al., 2025; Hansen et al., 2024; Zhou et al., 2024）。跨气候带比较进一步表明，温带与亚热带土壤的碳稳定化策略存在差异（Tang et al., 2026; von Fromm et al., 2024），但在大空间尺度上难以区分矿物能力和有机输入的独立效应。相比之下，山地坡向提供了有用的自然对比：相对坡面共享大致相似的区域气候和成土背景，而在辐射、水分、植被和有机碳输入方面存在系统性差异（Zhu et al., 2019; Chen et al., 2024），使得此类环境适合检验矿物能力是否限制了DOM光谱信号向MAOC分配的转化。
本研究利用中国中部暖温带至亚热带气候过渡区的伏牛山南北坡对比，考察水热分异如何调节沿海拔梯度（232–1762 m a.s.l.）上DOM光谱质量、Fe/Al矿物活化与SOC组分分异之间的耦合关系。研究区横跨中国南北气候分界线，在大致可比对区域的区域气候和成土背景下，相对坡向产生了水热条件的系统性差异，为在野外条件下考察有机-矿物耦合提供了有用的自然对比。我们将DOM光谱质量指数（HIX、BIX）与多种Fe/Al氧化物组分——包括游离态（Fed/Ald）、弱结晶态（Feo/Alo）和有机络合态（Fep/Alp）及其活化比值——与SOC组分数据（MAOC、POC）相结合。为解析各坡向下DOM、矿物与碳组分分异之间的耦合路径，我们结合林德曼-门迪拉-戈尔德（LMG）相对重要性分解与Bootstrap中介分析。本研究由三个具体问题引导：(1) 由HIX定义的DOM光谱质量是否与活性Fe/Al氧化物形态相关，该关联是否暗示DOM分子特性与矿物表面反应性之间存在潜在联系？(2) 活性Fe/Al指标与MAOC浓度和MAOC/SOC比值的关联是否不同，表明绝对MAOC积累与SOC相对分配之间可能存在解耦？(3) 坡向是否通过改变有机前体供给与矿物结合可用性之间的平衡来调节DOM-矿物-SOC分异路径？
章节摘要
研究区与采样设计
研究在中国中部河南省西部的伏牛山国家级自然保护区进行（33°05′–33°48′ N, 111°10′–112°15′ E）。伏牛山是秦岭山脉的东延部分，横跨中国南北气候分界线，是典型的从暖温带向北方亚热带过渡的山地生态交错带。该区域北邻熊耳山和瓦房山，南接南阳盆地。由于……
铁铝氧化物组分及其空间分布
两个坡向和不同深度土壤的基本理化性质汇总于表1。在整个研究区，游离氧化物组分主导了可提取Fe和Al库，Fed和Ald的平均浓度分别为17.26 ± 1.50 g kg?1和6.55 ± 1.15 g kg?1，显著高于弱结晶态和有机络合态组分。坡向差异在游离铁组分中最为明显。在A层中，南坡的Fed含量较高……
铝组分在酸性森林土壤MAOC积累中的突出作用
在伏牛山酸性至微酸性森林土壤中，铝相关矿物组分对MAOC空间变异表现出强解释力。在排除TN的模型中，铝相关变量解释了MAOC变异的45.6%，高于铁相关变量（32.5%）和DOM光学指标（17.1%）。Ald、Fed和Alo在LMG分解和随机森林分析中始终位列主要预测变量。这些结果表明铝组分为……
结论
基于伏牛山南北坡对比的海拔梯度，本研究为在坡向依赖的矿物活化下MAOC积累与SOC相对分配之间的解耦提供了野外尺度证据。在酸性至微酸性森林土壤中，铝相关矿物变量解释了MAOC变异的最大份额，高于铁相关变量和DOM光学指标，而HIX在两坡向上始终与铝活化相关……
CRediT作者贡献声明
Shu Liu：论文撰写——初稿撰写、可视化、方法学、形式分析、数据整理。Junhua Zhang：论文撰写——审阅与编辑、监督指导、项目管理、基金获取、概念化。Lianqi Zhu：资源提供、基金获取、概念化。Guodong Li：资源提供、基金获取、概念化。Ran Wang：数据整理。Jinghui Wang：数据整理。Rubing Li：数据整理。Ziqi Jiang：数据整理。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本研究得到以下基金支持：国家科技基础性工作专项（编号：2017FY100900）；国家自然科学基金委员会（编号：42171112）；河南省重点研发专项（编号：262102320222）；信阳生态研究院开放基金（编号：2023DBS04）；河南省重点研发专项（编号：252102321102）。感谢匿名审稿人提出的建设性意见。
Shu Liu|Junhua Zhang|Lianqi Zhu|Guodong Li|Ran Wang|Jinghui Wang|Rubing Li|Ziqi Jiang
