微生物是土壤有机质分解和转化的重要驱动者，微生物通过分解有机质以获得自身生长所需的养分和能量，在微生物死亡后形成的残留物也是土壤有机质的重要来源。目前关于微生物残留物在土壤中的稳定机制尚不清楚，影响了我们对土壤有机质动态的准确预测。

基于此，沈阳生态所生物地球化学组通过¹³C¹⁵N高丰度同位素示踪技术和数值模型模拟的方法，利用不同矿物组成的人造土壤，探究了土壤矿物组成对微生物残留物碳和氮周转的影响，发现2:1型粘土矿物伊利土和蒙脱土处理下残留物碳和氮矿化速率常数和解吸速率常数显著低于1:1型粘土矿物高岭土处理，吸附速率常数结果正好相反；金属氧化物类型对微生物残留物碳和氮周转过程没有影响；微生物残留物氮的周转过程均显著快于微生物残留物碳，可能因为土壤碳氮比较高，超过碳氮比阈值，造成微生物对微生物残留物氮的优先利用，以缓解微生物氮限制。

本研究表明了矿物保护是微生物残留物长期稳定的重要机制。上述研究成果以Mineral  composition controls the stabilization of microbially-derived carbon  and nitrogen in soils: Insights from an isotope tracing model为题发表在Global Change Biology上。助理研究员王旭为第一作者，王超研究员和白娥教授为共同通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、长白山地理过程与生态安全教育部重点实验室开放课题和中国科学院青促会优秀会员等项目的支持。

此外，生物地球化学研究组在微生物驱动土壤有机质研究取得了系列进展，包括：量化了森林土壤原位微生物残留物的分解速率（Wang et al. 2020, SBB），探索了温度变化对微生物残留物分解和稳定的影响（Wang et al. 2020, GCB），建立了微生物活体碳利用效率与微生物残留物形成的关系（Wang et al. 2021, GCB），构建了微生物群落组成、死亡残留物与土壤有机质间的模型（Wang et al. 2023, ISME Communications）。上述系列研究进一步解析了微生物全生命周期与土壤有机质转换的关系，为准确阐明土壤固碳效率提供关键的基础理论。

论文信息：

1.         Wang  X, Wang C*, Fan XL, Sun LF, Sang CP, Wang XG, Jiang P, Fang YT, Bai E*.  (2024). Mineral composition controls the stabilization of microbially  derived carbon and nitrogen in soils: Insights from an isotope tracing  model. Global Change Biology, 30, e17156.

2.         Wang  C*, Wang X, Zhang Y, Morrissey E, Liu Y, Sun LF, Qu LR, Sang CP, Zhang  H, Li GC*, Zhang LL, Fang YT. (2023) Integrating microbial community  properties, biomass and necromass to predict cropland soil organic  carbon. ISME Communications, 3, 86.

3.         Wang  C, Qu, LR, Yang, LM, Morrissey, E, Miao RH, Liu ZP, Wang QK, Fang YT,  Bai E*. (2021). Large-scale importance of microbial carbon use  efficiency and necromass to soil organic carbon. Global Change Biology, 27, 2039-2048.

4.         Wang  X, Wang C*, Cotrufo MF, Sun L, Jiang P, Liu Z, Bai E*. (2020). Elevated  temperature increases the accumulation of microbial necromass nitrogen  in soil via increasing microbial turnover. Global Change Biology, 26, 5277-5289.

5.         Wang  C, Wang X, Pei GT, Xia ZW, Peng B, Sun LF, Wang J, Gao DC, Chen SD, Liu  DW, Dai WW, Jiang P, Fang YT, Liang C, Wu NP, Bai E*. (2020).  Stabilization of microbial residues in soil organic matter after two  years of decomposition. Soil Biology and Biochemistry, 141, 107687.

图1. 微生物残留物碳和氮循环的概念模型图（黑色实线和红色虚线分别表示碳和氮过程）

图2. 微生物残留物¹³C（a）和¹⁵N（b）在颗粒性有机质（N_P,C和N_P,N）和矿物结合有机质（N_M,C和N_M,N）中的回收率模拟值。

图3. 土壤比表面积对微生物残留物碳和氮矿化速率常数（a）、吸附率常数（b）、土壤残留物¹³C和¹⁵N回收率（c）和矿物结合有机质中残留物¹³C和¹⁵N模拟回收率（d）的影响。

论文链接:

1.  http://doi.org/10.1111/gcb.17156

2.  https://doi.org/10.1038/s43705-023-00300-1

3. https://doi.org/10.1111/gcb.15550

4.  https://doi.org/10.1111/gcb.15206

5. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2019.107687