土壤有機質分解的溫度敏感性及其機制研究獲進展

近日，中國科學院植物研究所研究員韓興國團隊與合作者在《全球變化生物學》上發表了關于土壤有機質分解的溫度敏感性（Q10）及其機制方面的新進展。基于米曼氏方程進行數據模擬，研究人員發現在假定底物濃度不隨溫度變化的前提下，酶促反應的Q10與底物濃度對數遵循邏輯斯蒂函數非線性變化，但這種變化趨勢需要底物濃度范圍足夠大才能展現。

Q10是全球碳循環模型中的重要參數。以往研究證明，底物質量控制有機質分解的內在溫度敏感性，而環境因子（如物理保護和礦物吸附等）會通過降低底物濃度來減弱有機質分解的表觀溫度敏感性。但目前對于Q10的抑制作用還未被量化。

研究人員通過對內蒙古第四紀古土壤序列（距今500 - 6900年）的物理保護、化學組成等進行分析，發現其碳可利用性隨土壤年齡快速下降。室內培養實驗發現Q10隨土壤年齡呈現非線性下降，直至1150年之后Q10保持不變。此外，層次分割結果表明碳可利用性是導致Q10隨土壤年齡非線性下降最主要的解釋變量，且碳可利用性下降的主要原因來自于土壤有機質的物理保護和礦物吸附作用。

研究人員通過主成分分析整合出一個碳可利用性指數并重現了理論模擬中Q10和底物濃度的非線性關系。通過微生物接種和13C-葡萄糖添加實驗也進一步證明，物理保護和礦物吸附作用導致的碳可利用性的降低抑制了Q10。但另外一項培養實驗結果表明，在現代土壤中Q10隨活化能指數增長，這表明土壤有機質的質量只有在底物有效性相對較高時才會調控Q10。

該研究表明在土壤有機質分解的溫度敏感性依賴于底物濃度的范圍，只有當底物濃度超過臨界值時，底物質量會成為Q10的主要控制因子。研究為當前關于土壤溫度敏感性報道的相關爭論提供了理論依據。