東北地理所在微生物介導土壤有機碳建模研究方面取得進展
土壤有機碳（SOC）是陸地生態系統最大的活性碳庫之一，在維持土壤肥力、保障糧食安全和調節全球氣候變化中發揮關鍵作用。近年來，越來越多研究表明，微生物殘體碳（Microbial Necromass Carbon, MNC）是土壤有機碳的重要來源。然而，現有土壤碳循環模型大多僅關注微生物生長與分解過程，對于微生物死亡路徑（Microbial Death Pathways, MDPs）的描述較為簡化，限制了模型對復雜農田生態系統中碳循環過程的模擬能力。針對這一問題，中國科學院東北地理與農業生態研究所黑土有機碳與保護性耕作學科組聯合武漢大學、加拿大農業部和開羅大學等國內外研究機構學者，構建了三種不同復雜度的微生物殘體碳模型，包括多路徑微生物殘體模型（MPN）、雙殘體模型（DUN）和單殘體模型（SIN）。其中，MPN模型首次將微生物死亡路徑劃分為衰老/程序性死亡、病毒裂解、捕食作用以及環境與人為脅迫等四類機制，并基于我國六大農業區108個長期定位試驗數據開展區域尺度模型校準與驗證。
研究結果表明，相較于傳統模型，MPN模型在我國多數農業區均表現出更高的模擬精度和更穩定的區域適應性，能夠更準確地反映不同農田管理措施及環境條件下土壤有機碳動態變化規律。研究進一步發現，不同微生物死亡路徑形成的殘體碳在農田生態系統中具有顯著差異：低溫和干旱條件下，微生物衰老死亡貢獻增加；而水稻土中病毒裂解及微生物代謝過程對碳循環影響更加顯著，輪作和高碳投入則有助于降低環境脅迫導致的微生物死亡比例。微生物死亡機制不僅影響土壤有機碳積累過程，還決定了模型對溫度、pH和碳氮比等環境因子的響應特征。此外，在東北等高緯度低溫區域，由于微生物休眠現象較明顯，過于復雜的死亡路徑結構可能增加模型參數敏感性，從而削弱模擬優勢。該研究從區域尺度系統驗證了引入微生物死亡路徑對提升土壤碳模擬能力的重要作用，為深入理解農田生態系統碳循環機制、評估土壤固碳潛力以及構建更高精度的微生物地球化學模型提供了重要參考。
相關成果以“Mechanistic Microbial Death Pathways Improve Regional Soil Carbon Simulations across Diverse Cropland Ecosystems”為題發表于環境領域國際頂級期刊《Environmental Science & Technology》（IF = 11.3）。論文第一作者為東北地理所黑土有機碳與保護性耕作學科組博士研究生王文俊，通訊作者為梁愛珍研究員。博士研究生李鈺婉、武漢大學王綱勝教授、加拿大農業部Neil McLaughlin研究員、開羅大學Mohamed S. Abbas教授、陳學文副研究員及張延副研究員等參與了該研究。研究得到中國科學院戰略性先導專項（A類“黑土糧倉”）（XDA28080200）等項目資助。
論文鏈接如下：https://doi.org/10.1021/acs.est.5c16652
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