第七届青年地学论坛

正确理解土壤有机质的稳定性是准确评估土壤有机质的生态服务功能及预测土壤碳库对全球变化响应的关键。新的土壤有机质理论认为有机-矿质复合体的形成是土壤有机质稳定化的最重要机制。然而，近期有研究显示，部分矿物结合态有机质可以被微生物分解，说明并非所有的矿物结合态有机质都是稳定的。事实上，土壤学传统观点早已断言，只要有机质从矿物表面释放至土壤溶液中，便可被微生物分解。因此，大量的研究通过考察矿物结合态有机质的解吸过程来探讨矿物结合态有机质的稳定性。但是，这些研究普遍忽视了一个重要问题：若矿物结合态有机质不能被解吸，是否还能被微生物分解呢？
为了回答这个问题，我们以铁矿物结合态的蛋白质为模式有机质，通过原位红外光谱、分子筛色谱、同位素等技术系统研究了蛋白质在矿物表面的吸附-解吸、酶水解以及外生菌根真菌分解及氮摄取等过程。主要研究结果如下。
（1）矿物结合态蛋白质可不经过解吸而直接在矿物表面被蛋白酶水解，分解的蛋白质含量与矿物表面蛋白质的浓度成正比。此外，矿物表面竞争离子（磷酸根）的存在，可以减少蛋白酶的吸附，从而增强矿物结合态蛋白质的水解（Tian et al., 2020）；
（2）外生菌根真菌通过释放胞外蛋白酶直接在矿物表面水解蛋白质，并可摄取释放至水溶液中的小分子肽和氨基酸合成生物体，近一半的矿物结合态蛋白质氮可以被菌根真菌摄取。由于真菌分泌的蛋白酶被矿物吸附而降低活性，真菌分泌代谢产物与蛋白酶竞争矿物表面位点，从而降低蛋白酶的吸附而增强矿物结合态蛋白质的分解（Wang et al., 2020）；
（3）具有不同进化史和不同菌丝拓展类型的外生菌根真菌利用相同的“酶-代谢产物协同分解策略”分解并摄取矿物结合态有机氮，说明这一策略对不同的微生物具有一定的普遍性（Wang et al., 2021）。
上述结果证明矿物结合态蛋白质的分解发生在矿物表面而不是水相中，挑战了矿物结合态有机质必须经过解吸后才可被微生物分解的传统假设。考虑到矿物结合态有机质不仅是重要的土壤碳库，也是重要的氮库，本研究对深入认识土壤有机碳的稳定性以及有机氮的生物有效性具有深远意义。
 

有机矿质复合体,稳定性碳,微生物分解,土壤有机质