植物所在土壤有机质分解的温度敏感性及其机制研究方面获进展

土壤有机质分解的温度敏感性（Q₁₀）是全球碳循环模型中的重要参数。以往研究证明，底物质量控制有机质分解的内在温度敏感性，而环境因子（如物理保护和矿物吸附等）会通过降低底物浓度来减弱有机质分解的表观温度敏感性。但目前对于Q₁₀的抑制作用还未被量化。

中国科学院植物研究所研究员韩兴国团队等基于米曼氏方程（Michelis-Menten Equation）进行数据模拟，发现在假定底物浓度不随温度变化的前提下，酶促反应的Q₁₀与底物浓度对数遵循逻辑斯蒂函数非线性变化，但这种变化趋势需要底物浓度范围足够大才能展现。研究人员通过对内蒙古第四纪古土壤序列（距今500 – 6900年）的物理保护、化学组成等进行分析，发现其碳可利用性随土壤年龄快速下降。室内培养实验发现Q₁₀随土壤年龄呈现非线性下降，直至1150年之后Q₁₀保持不变。层次分割结果表明碳可利用性是导致Q₁₀随土壤年龄非线性下降最主要的解释变量，且碳可利用性下降的主要原因来自于土壤有机质的物理保护和矿物吸附作用。研究人员通过主成分分析整合出一个碳可利用性指数并重现了理论模拟中Q₁₀和底物浓度的非线性关系。通过微生物接种和13C-葡萄糖添加实验进一步证明，物理保护和矿物吸附作用导致的碳可利用性降低抑制了Q₁₀。但另外一项培养实验结果表明，在现代土壤中Q₁₀随活化能指数增长，这表明土壤有机质的质量只有在底物有效性相对较高时才会调控Q₁₀。

该研究结果表明在土壤有机质分解的Q₁₀依赖于底物浓度的范围，只有当底物浓度超过临界值时，底物质量会成为Q₁₀的主要控制因子。研究结果为当前关于土壤温度敏感性报道的相关争论提供了理论依据。

相关成果于近日发表在Global Change Biology上。研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。

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底物浓度和质量调控土壤有机质分解温度敏感性的概念图