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土壤有机质（Soil Organic Matter, SOM）是地球最大的陆地碳储库，它不仅在全球碳循环中扮演着关键角色，还对土壤肥力、水分保持和生态系统功能具有重要意义。然而，关于哪些微生物特性在不同功能池中驱动土壤有机质的形成，科学界一直存在未解之谜。2024年11月25日，发表在《Nature Communications》上的一项研究揭示，微生物“多功能性”特性可能是土壤有机质形成和稳定的关键，相关研究本研究由美国新罕布什尔大学Emily D. Whalen等人完成，文章标题：Microbial trait multifunctionality drives soil organic matter formation potential。
微生物通过分解和呼吸将大量碳释放到大气中，但与此同时，它们也通过生物量的生成和细胞残留的沉积为SOM的积累提供了另一条途径。研究表明，土壤有机质由多种功能池组成，如颗粒有机质（POM）和矿物结合有机质（MAOM）。前者更易被微生物分解，而后者因与土壤矿物的结合而更加稳定。这种结构和功能上的复杂性使得理解微生物在SOM形成中的作用变得尤为重要。
研究通过构建一个无有机质的模型土壤系统，单独培养了8种代表不同特性（如碳利用效率、增长速率、生物量蛋白质和酚类化学成分）的真菌物种。结果表明，具备“多功能性”特性的真菌能够更好地促进土壤有机质的形成和功能复杂性。这些特性包括：碳利用效率（CUE）：更高的CUE有助于增加总土壤碳；增长速率和生物量蛋白质含量：与稳定的MAOM形成密切相关；酚类化学成分：提高土壤化学稳定性；机制解析：协同效应与多维特性。研究提出了一个多维度的微生物特性框架，并强调这些特性之间的协同作用是形成功能复杂SOM的关键。例如，具有中高水平CUE、增长速率和酚类含量的真菌不仅在总碳存储方面表现出色，还能显著提高土壤的化学稳定性和功能复杂性。
这一发现为土壤管理提供了新的思路。例如，通过调控土壤微生物群落的多功能性特性，可实现SOM的高效积累，同时维持土壤肥力和生态系统服务功能。这对于应对全球气候变化和实现农业可持续发展具有深远意义。
Fig. 1: Radar plots illustrating trait profiles of fungal species.
参考文献
Whalen, E.D., Grandy, A.S., Geyer, K.M. et al. Microbial trait multifunctionality drives soil organic matter formation potential. Nat Commun 15, 10209 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-53947-2
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