【他山之石】有机质的腐殖质理论和选择性保存

学术 2024-10-02 20:11 中国

为了展现土壤有机质形成转化过程的内在机制研究的争议性和复杂性，总结历史上具有代表性的理论体系并评析当中的经典观点，是推动机制研究取得进展的必要前提。早期的土壤学家通过土壤颜色来识别土壤有机质，关注土壤内的暗黑色有机物质腐殖质，开始了对土壤有机质形成机制的理论探索。该理论指导下的土壤有机质提取方法简便、易于推广，使得腐殖质概念迅速被各行业广泛接受，并围绕着腐殖质分子结构、化学特征和生态功能等构成200多年来绝大部分土壤有机质研究的历史背景。近代，伴随观测技术的革新，研究者开始尝试通过高倍显微镜在土壤原位环境内找出腐殖质成分，以揭示其在自然状态下的分子结构特征。研究结果发现，显微镜无法观察到这类暗黑色大分子物质，取而代之的则是由可辨认的植物或微生物的微小碎屑混合形成的团块物质。同时，研究者还注意到腐殖质提取过程所使用的强碱溶液会极大地破坏土壤有机质原始结构，使得腐殖质更像是实验条件下剧烈化学处理后的人工产物，结合对上述现象的反思，研究者认为采用“土壤有机质”这一名词更能代表未受干扰条件下的土壤有机成分，强调对土壤有机质的研究应该着重反映其自然特征。同时，尝试重新观察自然状态下的土壤有机质，寻找揭示土壤有机质形成转化过程内在机制的新方向。

长期以来，植物残体一直被认为是土壤有机质形成的初始底物来源。研究者结合植物残体的相关实验，开始思考其在土壤有机质形成过程中的作用。通过观察植物凋落物分解袋试验的残余成分，研究者认为分解缓慢的难分解碎屑物是促成土壤有机质形成的主要原因，这可能是选择性保存学说诞生的起因。该学说认为植物残体由易分解成分和相对顽固性成分组成，土壤内的分解者会在易分解成分利用完后，才开始分解顽固性成分，残留的相对顽固性成分便堆积依次形成土壤有机质。木质素由酚类聚合物组成，是植物细胞壁的主要成分，约占植物生物量的15%~30%，具有相对稳定的化学特征。土壤表面的植物残体中高木质素含量通常代表分解速率下降，其残留物的保存时间和数量由此提升，进而形成更多的土壤有机质，这在分解实验中不同凋落物质量损失值的差异上得到了支持。自此，选择性保存学说将土壤有机质形成转化过程与植物残体的分解过程进行有机结合，使得土壤有机质形成转化研究开始与植物组织分解特性建立起紧密联系，然而，有研究发现木质素相较其他有机质成分并不具有显著的抵抗分解作用；同时，长期分解实验中还发现土壤微生物能快速分解木质素成分，木质素分解现象实际存在于植物残体分解的全过程。根据这些结果，研究者开始认为通过木质素成分比例来评估植物残体向土壤有机质转换形成的能力，无法在实验应用中得到满意的结果。因此腐殖质理论和选择性保存学说虽然分别从地下土壤结构组分特征和地上植物残体的分解残留现象，尝试静态展现土壤有机质形成转化过程，但依旧未能有效地展现土壤有机质形成转化过程的全貌。此后，研究者依托新技术带来的新研究方向，开始动态、系统性地分析土壤有机质的形成转化过程。

DOI：10.19687/j.cnki.1673-7105.2024.01.004

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