标题：
Decadal persistence of grassland soil organic matter derived from litter and pyrogenic inputs
期刊：
Nature Geoscience
作者：
Sam J. Leuthold , et al.
DOI:
https://doi.org/10.1038/s41561-025-01638-y
引用：
Leuthold, S.J., Soong, J.L., Even, R.J. et al. Decadal persistence of grassland soil organic matter derived from litter and pyrogenic inputs. Nat. Geosci. (2025).
1. 引言
土壤有机物（SOM）在全球碳循环中扮演着重要角色，其来源主要是植物的凋落物和火成有机物，后者特别在易燃的草地系统中具有显著影响。理解这些有机物如何转化并持续存留在土壤中，对于预测土壤碳储量和气候变化中的碳交换至关重要。尽管已有多种理论框架来解释SOM的稳定机制，但长时间尺度的数据仍然较少，尤其是火成有机物对SOM的长期影响。
2. 结果
凋落物与火成有机物在土壤中的持久性
研究发现，经过十年，草地土壤中7.0%的凋落物碳和24.2%的氮，分别保持在土壤中，而火成有机物（PyOM）中60.8%的碳和54.4%的氮仍然存在。
凋落物衍生的矿物相关有机物（MAOM）在凋落物分解的第一年内形成，并在十年后仍保持相对稳定，表明矿物质吸附是其持久性的关键机制。
凋落物与PyOM的分配差异
在整个实验过程中，大部分凋落物衍生的有机物在MAOM中持久存在，而火成有机物则大部分保存在较低密度的POM（颗粒有机物）中，变化较小。PyOM的分解产物较少进入CHAOM和MAOM，而大部分仍停留在POM中，进一步支持了PyOM的持久性。
C:N比率的变化
研究还揭示了不同土壤有机物分级中碳氮比的变化，发现MAOM的C:N比在十年中变化不大，表明该分级的微生物转化作用较少。
3. 讨论
凋落物衍生的SOM与PyOM的持久性差异
凋落物的分解较为迅速，部分碳和氮很快转化为POM和CHAOM，但PyOM因其化学稳定性较强，较长时间保留在POM中。这种稳定性使得PyOM成为一个重要的碳库，尤其在频繁火灾的地区。
MAOM的独立性
MAOM的形成和持久性相对独立于POM和CHAOM的分解过程，且其稳定性在十年中没有显著变化。这提示我们，矿物相关有机物的持久性主要受矿物质吸附作用的控制，而与其他有机物的转化关系较小。
火成有机物的影响
火成有机物（PyOM）对碳的存储有重要贡献，但由于其对氮循环的影响，可能会限制生态系统内部的氮回收，进而影响植物氮的吸收和初级生产力。
4. 方法
实验设计与地点
研究在美国堪萨斯州的Konza草原进行，使用的是富含13C和15N标记的凋落物和PyOM。在实验中，通过在土壤中添加这些有机物，并跟踪其在十年中的分解过程，评估它们在不同土壤有机物分级中的存留。
样品分析
通过同位素示踪法结合物理分级技术（如POM、CHAOM和MAOM分级），研究了有机物的存留和转化过程。所有样品的碳和氮浓度以及13C和15N同位素比例均通过元素分析-同位素比质谱仪（EA-IRMS）进行测定。
统计分析
使用R软件进行线性混合效应模型分析，以评估不同土壤有机物分级中碳氮的变化，分析不同处理组和采样时间之间的显著性差异。
5.重要图表
图1. 残留在土壤顶部 5 厘米处的由垃圾和 PyOM 衍生的碳占初始碳的百分比
图2. 垃圾和 PyOM 输入的 C 和 N 在物理 SOM 各组分中的分布
图3. 在培养过程中，由垃圾和 PyOM 得出的 SOM 部分的 C:N 比率
图4. 整个实验期间枯落物（左）和 PyOM（右）C 和 N 储量的时间变异系数
补充数据图1. 培养期间同位素富集物质向下转移的证据
6.数据可用性与代码可用性
数据可用性
支持本研究结果的数据可通过 Zenodo 网站获取：https://doi.org/10.5281/zenodo.14510075（参考文献46）
代码可用性
这些数据的计算、解释和可视化代码可通过 GitHub 获取，网址为 https://github.com/S-Leuthold/Bluestem_PyOM
英文摘要
The stabilization of carbon (C) and nitrogen (N) from organic inputs in soil organic matter constitutes a critical process in ecosystem biogeochemistry, yet the underlying mechanisms are not yet fully understood. Several frameworks have been proposed to explain particulate- and mineral-associated organic matter persistence, but a lack of long-term data has stymied their reconciliation. Here we present the results of an in-field incubation in a grassland in Kansas, USA, that followed 13C- and 15N-labelled plant litter and pyrogenic organic matter through the decomposition process and into soil organic matter fractions over the course of a decade. At the end of the experiment, 7.0% and 24.2% of the initial litter C and N, respectively, remained in the soil, while 60.8% and 54.4% of the initial pyrogenic organic matter C and N, respectively, remained. Litter-derived mineral-associated organic matter formed within the first year of litter decomposition, and 10-year sampling revealed that it had persisted relatively unchanged, in terms of both litter-derived C stocks and C:N ratio. These results provide further evidence that mineral-associated organic matter is stabilized via the sorption of soluble inputs and suggest that stabilization and persistence can occur largely independent of particulate organic matter dynamics.
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