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研究揭示礦物催化對土壤有機(jī)質(zhì)胞外分解的貢獻(xiàn)
來源：中國科學(xué)院植物研究所
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胞外水解和氧化過程是土壤有機(jī)質(zhì)分解的關(guān)鍵限速步驟，通常將其歸功于生物（胞外）酶驅(qū)動的催化過程。然而，土壤礦物也可通過介導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移、提供表面催化位點(diǎn)或誘導(dǎo)芬頓反應(yīng)生成活性氧自由基等機(jī)制催化有機(jī)質(zhì)分解，即“礦物催化”過程。目前，不同生態(tài)系統(tǒng)中礦物催化對土壤有機(jī)質(zhì)胞外分解作用的貢獻(xiàn)尚不明確，可能導(dǎo)致對土壤有機(jī)質(zhì)分解及其環(huán)境敏感性的認(rèn)知偏差。
中國科學(xué)院植物研究所馮曉娟研究團(tuán)隊(duì)通過“方法驗(yàn)證—野外調(diào)查—培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)”的手段，定量評估了礦物催化對不同生態(tài)系統(tǒng)中土壤有機(jī)質(zhì)胞外氧化和水解潛力的貢獻(xiàn)及其環(huán)境敏感性。研究發(fā)現(xiàn)，礦物催化（主要由含鐵和含錳礦物驅(qū)動）對土壤有機(jī)質(zhì)胞外氧化潛力的貢獻(xiàn)平均為43%（7%—99%），對水解潛力的貢獻(xiàn)達(dá)54%（15%—92%）。特別是，在深層土壤和濕地等微生物活性受限但活性鐵錳礦物含量豐富的環(huán)境中，礦物催化對土壤有機(jī)質(zhì)胞外分解起到?jīng)Q定性作用。生物酶催化主要受微生物活性、土壤理化性質(zhì)（如pH、可溶性酚類）及氣候特征（如年均溫）的調(diào)控。相比之下，礦物催化則主要受土壤活性鐵/錳氧化物與黏土礦物的調(diào)控。短期土壤培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著溫度與pH的升高，生物酶驅(qū)動的土壤有機(jī)質(zhì)胞外分解潛力顯著增強(qiáng)，而礦物催化的分解潛力則保持相對穩(wěn)定。因此，忽視礦物催化作用可能會系統(tǒng)性地高估土壤有機(jī)質(zhì)分解的溫度敏感性。以上研究揭示了礦物催化在土壤有機(jī)質(zhì)胞外分解中的重要作用，是對以生物酶催化為中心的傳統(tǒng)認(rèn)知的重要補(bǔ)充。
該項(xiàng)研究成果于1月17日在線發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊Environmental Science & Technology。植物所特別研究助理趙云鵬為論文第一作者，馮曉娟研究員為通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助。
文章鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.est.5c13520
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