[所屬分類:行業(yè)動態(tài)] [發(fā)布時間:2025-4-29] [發(fā)布人:楊曉燕] [閱讀次數(shù):] [返回]

科學家揭示厭氧鐵還原驅(qū)動土壤碳庫加速分解機制
作者：田瑞穎      來源：中國科學報
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近日，中國科學院植物研究所研究員馮曉娟、副研究員劉婷等揭示了驅(qū)動土壤有機碳（SOC）缺氧快速分解的關(guān)鍵機制。相關(guān)研究發(fā)表于《全球變化生物學》。
SOC分解是陸地碳循環(huán)的核心過程之一，其強度受氧化還原條件的重要調(diào)控。傳統(tǒng)熱力學理論認為厭氧或缺氧環(huán)境抑制有機碳分解，但近期研究發(fā)現(xiàn)，在某些土壤中缺氧反而可能提升SOC分解速率。這一現(xiàn)象的普遍性及其驅(qū)動機制尚未明晰。
針對這一問題，馮曉娟團隊在16個易發(fā)生間歇性淹水的區(qū)域，采集了20份涵蓋不同有機質(zhì)和礦物組成特征的土壤樣品，利用微宇宙培養(yǎng)實驗比較了有氧和缺氧條件下SOC的分解速率，并結(jié)合土壤生物地球化學性質(zhì)的動態(tài)變化，揭示了驅(qū)動SOC缺氧快速分解的關(guān)鍵機制。
研究人員發(fā)現(xiàn)，在90天的培養(yǎng)過程中，70%的SOC缺氧分解速率接近甚至超過有氧分解，最高達有氧速率的2.3倍。替代電子受體的還原遵循熱力學反應(yīng)序列：硝酸根在前20天貢獻了78%的CO2釋放，而第20天—90天鐵還原貢獻率達90%。特別在鐵還原階段，SOC的缺氧分解速率顯著高于有氧分解。同時，鐵還原過程伴隨低分子量水溶性有機碳含量和鐵還原功能微生物相對豐度的顯著上升。這些證據(jù)表明鐵還原通過雙重機制加速SOC的缺氧分解：既提供電子受體維持氧化還原反應(yīng)，又通過礦物還原溶解作用釋放易分解碳源。
科研人員在將培養(yǎng)周期延長至200天后發(fā)現(xiàn)，缺氧條件下鐵結(jié)合有機碳損失量達初始量的90%，且與SOC分解增加量顯著正相關(guān)，這表明缺氧條件下鐵還原溶解釋放的鐵結(jié)合有機碳可能是SOC分解的重要碳源。隨機森林模型表明富含可還原性鐵、有機碳及鐵還原微生物的土壤在間歇性缺氧條件下極有可能加速損失SOC。
這些現(xiàn)象表明，間歇性缺氧可通過促發(fā)鐵還原，誘導(dǎo)金屬結(jié)合有機碳的溶解，釋放易分解碳源，進而激活微生物的代謝活性，最終導(dǎo)致SOC缺氧分解速率超過有氧分解。
科研團隊表示，該研究結(jié)果修正了“缺氧抑制有機碳分解”的傳統(tǒng)認知。建議在全球碳模型中引入鐵介導(dǎo)的碳庫動態(tài)模塊，特別是在間歇性缺氧頻發(fā)、富鐵和富碳的熱點區(qū)域。
相關(guān)論文信息：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/gcb.70184
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