亚热带丘陵区土壤有机质与微生物多样性指标开发：揭示不同土壤景观下的碳循环机制

本研究针对亚热带丘陵区不同土壤景观中土壤有机碳(SOC)固存机制不清的问题，通过有机碳分子分析和微生物测定，揭示了农业活动导致木质素贡献降低、氨基糖增加的变化规律，开发了综合多样性指标(H’SOM、H’enzyme、H’microbe)，为理解土壤生态功能维持提供了新视角。

　　

在亚热带丘陵区复杂的地形和人为干扰下，不同土壤景观形成了显著异质性的碳循环模式。土壤有机质(SOM)分子多样性和微生物功能多样性如何共同调控土壤有机碳(SOC)的持久性，一直是生态学和土壤科学领域的核心问题。现有研究多集中于单一景观或整体土壤，缺乏对分子-微生物互作机制的景观尺度解析，更鲜有研究开发量化指标来表征这种关系。

南京农业大学农业资源与生态环境研究所的研究团队在《Geoenergy Science and Engineering》发表研究，选取典型小流域内四种土壤景观（森林地FL、果园OR、旱地UL和水稻土PF），通过水稳性团聚体分级、木质素酚氧化、氨基糖分析、菌根相关土壤蛋白(GRSP)测定等技术，结合微生物磷脂脂肪酸(PLFA)谱和胞外酶活性(EEA)检测，构建了综合多样性指标(H’_total)。关键技术包括：1）CuO氧化法提取木质素酚；2）盐酸水解-衍生化分析氨基糖；3）微孔板荧光法测定9种EEA；4）Shannon-Weiner指数计算分子与微生物多样性。

研究结果揭示：

1. 1.

   SOM组成与微生物活性：FL的SOC含量最高（较农业景观高50%），PF保持较高木质素/SOC（较FL高22%），而所有农业景观氨基糖/SOC增加22-45%。微生物PLFA含量与木质素/SOC呈正相关，表明植物源碳是维持微生物群落的关键。

2. 2.

   团聚体尺度分异：大团聚体(MAC)中木质素贡献最高（较微团聚体MIC高35%），而氨基糖在粉粘粒组分(SC)占比最大。随机森林模型显示MAC中SOC积累主要受木质素指标调控，SC中则更多依赖细菌因素。

3. 3.

   多样性指标开发：构建的H’_SOM（基于木质素、氨基糖、GRSP）、H’_enzyme（9种EEA）和H’_microbe（PLFA组分）均与SOC显著正相关。雷达图面积量化的H’_total显示FL（8.3）>PF（7.5）>UL（7.0）>OR（5.2），有效区分景观功能差异。

该研究创新性地将分子多样性概念引入土壤碳循环研究，证实木质素积累是大团聚体SOC固存的主要特征，而微生物源碳（如氨基糖）在不同粒径组分中贡献各异。开发的综合多样性指标不仅为景观尺度土壤功能评估提供了新工具，更为实现"耕地质量提升"等可持续发展目标(SDGs)提供了理论依据。特别值得注意的是，水稻土(PF)虽经历耕作扰动，仍通过厌氧条件保存较高木质素和微生物活性，这为亚热带丘陵区选择可持续农业模式提供了重要参考。未来研究可拓展分子表征维度（如脂质物质），并结合分子生物学技术深化机制解析。