文献信息：
原名：Coupled mineral and microbial carbon pumps govern soil organic carbon accumulation in croplands.
译名：微生物-矿物双碳泵耦合调控大尺度农田土壤有机碳积累。
期刊：Soil Biology and Biochemistry
IF：12.2
发表日期：2026年6月29日
第一作者：戴闪闪 中国科学院东北地理与农业生态研究所黑土保护与利用重点实验室（李禄军课题组）。
背景：
土壤有机碳（SOC）在广阔地理区域内表现出显著的空间变异性，这主要源于气候、土壤特性及土地管理方式之间的相互作用。在农田中，SOC的积累还受到作物种植体系和残茬管理的影响，但多种碳库与碳源中SOC形成的整体规律及其机制驱动因素仍不明确。东北黑土是我国核心粮食产区，长期耕作、秸秆移除导致SOC持续下降；南北跨度690 km黑土样带存在显著温度梯度、多样种植体系（连作大豆、玉豆轮作、连作玉米），是解析大尺度农田固碳机制的天然试验平台。
科学问题：
（1）揭示区域温度梯度下不同种植制度农田中木质素植物碳、微生物残体碳、POC、MAOC的空间分布特征，解析年均温升高对各碳库储量的影响规律；
（2）区分微生物残体与MAOC两类核心SOC组分的主控驱动因子，量化微生物特性、有机质化学难降解性、矿物保护三者对碳组分积累的贡献占比；
（3）阐明MAOC完整形成路径，厘清微生物碳泵与矿物碳泵耦合调控农田SOC 长期固存的内在机制，明确二者的主导作用；
（4）筛选可同步促进微生物残体生成、增强矿物固碳能力的农艺措施，为升温背景下农田SOC高效封存提供理论支撑。
材料与方法：
（1）研究区域为中国东北南北跨度690km的黑土样带，北纬42°55′ ~ 49°8′，西经124°10′ ~ 127°28′，年均温1.74-7.21℃。
（2）样区包含三类种植制度：北部连作大豆、中部玉豆轮作、南部连作玉米，全部农田统一采用常规化肥配秸秆移除管理模式。
（3）设置样地并采集0-15 cm土层土样，采用湿筛法区分土壤有机碳粒级组分。
（4）测定指标：MAT、MAP、SOC、TN、TP、pH、MBC、POC、MAOC、PLFA、16S rRNA、ITS 、（Fe＋Al）d、（Fe＋Al）o、（Fe＋Al）p、Ca exe、Mg exe、qCO2、土壤质地、木质素酚、氨基糖。
结果：
（1）沿东北黑土南北温度样带的大尺度观测显示，年均温升高会显著降低SOC、MNC、POC、MAOC含量，降水对各碳组分无显著影响；无论何种种植制度，微生物残体与MAOC均是土壤有机碳主要组分，微生物残体对MAOC的贡献远高于木质素代表的植物源碳。（图1）
图1 样点空间分布及土壤有机碳（SOC）分布情况
（2）氨基糖表征的微生物残体与总SOC呈极强正相关，木质素酚与SOC无显著关联，MAOC和SOC相关性显著强于POC，直观证明微生物残体、MAOC 是农田土壤有机碳的核心碳库。（图2）
图2 土壤有机碳（SOC）与多种碳源（木质素酚类、氨基糖）（a、b）以及碳库（颗粒有机碳POC；矿物相关有机碳 MAOC）（c、d）之间的关系
（3）微生物残体（氨基糖）积累由微生物特性（61%）、有机质难降解性（31%）主导，MAOC 积累受控于微生物残体供给（50%）与矿物保护（41%）；微生物量、真菌群落正向促进残体，无定形铁铝、交换镁显著提升 MAOC。（图3）
图3 微生物死亡量(a)与矿物相关有机碳（MAOC）(b)的多个预测因子的相对影响
（4）随机森林结果显示年均温是SOC最强负向因子，MAOC为影响SOC的首要碳库，微生物、矿物、有机质化学抗性共同调控碳库分异。（图4）
图4 气候、植物碳(C)输入量、土壤质地、矿物保护作用、微生物特性、化学难降解性、土壤碳源及碳库对土壤有机碳（SOC）含量的相对重要性
（5）路径模型证实微生物碳泵供给残体、矿物碳负责长期固存，矿物碳泵起主导；升温通过多路径抑制碳积累，完整揭示气候-微生物-矿物-碳库的层级调控通路，为农田固碳管理提供机制支撑。（图5）
图5 生物与非生物因素对土壤剖面中土壤有机碳（SOC）含量的影响路径
结论：
（1）年均温升高会减少微生物残体与MAOC；秸秆移除型东北农田中，微生物残体、MAOC为SOC主体，POC和植物木质素贡献较低。
（2）微生物残体积累由微生物特性（61%）、有机质化学抗性（31%）共同调控；MAOC形成依赖微生物残体供给（50%）与矿物保护（无定形铁铝氧化物、交换镁离子，41%）两步过程。
（3）微生物碳泵将植物底物转化为微生物残体，再经矿物碳泵实现有机碳长期稳定固存，二者协同调控农田SOC储量，矿物碳泵起主导作用。
（4）采取提升微生物周转效率、增强土壤矿物保护能力的农艺措施，可有效提高农田土壤有机碳封存潜力。