土壤有机质分子多样性和热力学稳定性时间演替研究取得进展

土壤有机质（SOM）的形成稳定机制和化学结构解析一直是土壤学研究的热点和难点，研究SOM的分子特征（分子组成的多样性和分子的热力学稳定性）能够认清有机质的化学本质，揭示有机质分子特征的时间演替规律能够更好地理解SOM的形成及稳定机制。然而SOM的分子特征与其稳定性之间的时间动态关系尚不清楚。

针对上述科学问题，研究团队借助中国科学院鹰潭红壤生态实验站30多年的稻田长期定位试验和黑龙江省农业科学院40多年的黑土长期定位试验的不同施肥处理的时间序列土壤样本，结合热重分析、傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR-MS）与微生物高通量测序技术，发现SOM分子热力学稳定性与整体热稳定性之间具有协同变化关系，而SOM分子热稳定性与分子多样性之间则存在权衡关系。进一步分析表明SOM分子多样性与分子稳定性之间的权衡关系是由细菌多样性驱动的，说明细菌群落可以通过选择性的转化SOM分子，改变SOM分子的能量状态，最终影响SOM的形成和稳定。基于上述结果，研究团队提出了农田SOM分子特征和热稳定性的时间演替模式图，强调了细菌多样性驱动下SOM分子多样性降低而稳定性增加的时间演变特征，并且该过程与SOM整体热稳定性提升和SOM含量增加的过程相吻合。该研究首次揭示了细菌多样性在调节SOM分子多样性与热力学稳定性之间长期权衡中的关键作用，为理解农田SOM形成与稳定机制提供了分子层面的证据，也为未来如何通过调控细菌多样性提高SOM稳定性进而实现农田长期碳固存提供了科学借鉴。

该研究联合了中国科学院南京土壤研究所李忠佩团队、颜晓元团队，以及欧洲委员会联合研究中心、黑龙江省农业科学院等多家国内外单位，成果以研究性论文在线发表在Nature Food期刊上。南京土壤研究所副研究员吴萌为论文第一作者，南京土壤研究所研究员李忠佩、单军，黑龙江省农业科学院研究员王爽为共同通讯作者。

该研究得到国家重点研发计划（2021YFD1500300 和 2022YFD2300300）和国家自然科学基金（42077021）等项目的资助。

论文链接

土壤有机质分子特征及稳定性的时间演变模式图