【文献分享学习】土壤有机质的生态功能

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原名：Eco-functionality of organic matter in soils

译名：土壤有机质的生态功能

原文地址：https://doi.org/10.1007/s11104-020-04651-9

发表期刊：Plant and Soil

发表年份：2020年

通讯作者：Ellis Hoffland

通讯作者单位：荷兰瓦赫宁根大学土壤生物学组

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亮点

土壤有机质的生态系统功能及其支持过程。

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文章简介

土壤有机质(SOM)支持多种土壤生态系统功能，其基础是碳固存、N矿化、聚集、促进植物健康和复合保持等过程。研究对这些功能与SOM质量之间的关系知之甚少。目标是开发“生态功能”作为一个框架，以解决SOM特性与土壤生态系统功能之间的关系问题。SOM研究中的范式转变并没有导致超出可分解性和C：N比的生态功能度量标准。顽固性OM尽管在聚集和固碳过程中起着重要的作用，特别是在饱和C的土壤中，但它的研究还不够充分，大多数土壤功能依赖于SOM分解，需要不稳定的化合物。得出结论，生态功能是需要考虑时间尺度。呼吁尝试将操作定义的SOM分数与功能联系起来，以使SOM的研究更加适用。

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研究内容

①土壤生态系统功能概念框架。

SOM支持更多的物理、化学和生物过程，除碳固存外，还支持维持重要的生态系统功能，并将其作为生物群的营养和能源来源。为此，提出了一个基于土壤生态系统功能概念的框架，以及早期的基于土壤的生态系统服务管理框架。研究建议保护水土流失，为生物多样性提供生境，初级生产，气候调节和复合保留，作为土壤生态系统服务或土壤功能，由SOM支持。支撑这些功能的是SOM介导的过程，可分为与土壤结构(物理)、土壤生命(生物学)和元素循环(化学)有关的过程。

②土壤有机质的生态功能。

研究建议使用“生态功能”一词来描述适合于为任何土壤生态系统功能或服务服务的SOM的特性，无论它是否已经存在于土壤中，或进行修改。“生态功能”是受“生物功能”概念的启发，“生物功能”一词主要用于材料科学和工程，用来描述材料或化合物的生物学功能。我们建议使用“eco-”而不是“bio-”功能来阐明环境相互作用与SOM功能的相关性，并承认SOM的生态功能依赖于环境；它不能完全从SOM固有的属性来理解。近年来，大量的新的高分子和空间分辨率技术促进了SOM性质的进一步表征。土壤中有机物质在分解过程中的转变及其与其它土壤组分(矿物基质)的稳定作用将影响土壤的生态功能。在更实用的层面上，生态功能指的是“我们需要什么样的SOM才能达到什么目的？”或者更具体地说，“有机改良剂需要哪些特性来促进C的隔离，恢复土壤结构，保留微量元素或有机污染物等化合物，防止向水体扩散，或抑制疾病？”。

③土壤团聚体与有机质的关系。

有机质也是通过聚集物的遮挡而稳定下来的，同时也是团聚体形成和稳定的关键因素。在团聚体中发现的有机C含量差异很大，从7%到20%不等，高达近90%，视所用的分馏方法而定。大团聚体(>250μm)对分解的保护作用归因于它们在空间上将微生物及其胞外酶与底物分离的能力，以及限制向内氧扩散的能力，说明受保护的主要是微粒OM。微团聚体(<250μm)形成了一个相当稳定和复杂的小孔隙系统，其中许多都<20μm。铁(和铝)氧化物，具有很大的表面积和与粘土结合的能力、粉粒和沙粒及其相关的SOM是形成微团聚体的主要结合剂，表明微团聚体通过相互关联来保护SOM免于分解。微团聚体可以与其他粒子结合形成大团聚体，蚯蚓是这一过程重要的驱动因素。

④土壤生命。

有机质促进土壤生命，有机质质量可以调节地下群落。这可能影响与土壤生态系统功能有关的土壤过程。真菌：细菌(F：B)生物量比被认为是土壤食物网两条途径的活性指标，这两条途径分别由真菌类和细菌类及其食肉动物组成。F：B生物量比可作为增强碳固存的预测工具。土壤动物群调节土壤微生物群落并支持分解(与C固存相反)、养分循环和聚集，从而支持所有土壤生态系统功能。蚯蚓长期以来被公认为“生态系统工程师”，在土壤生态系统功能中发挥着重要作用，如土壤团聚体或结构维护。因此，促进蚯蚓种群可以成为促进这些土壤生态系统服务的工具。

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结论

首次尝试将SOM的属性与它提供的功能和生态系统服务联系起来。有些生态系统服务需要结合使用和囤积C--其中SOM既是土壤生命的食物，又为土壤生命创造了栖息地。通过解开各种元素，至少在理论上，似乎有可能将特定的生态系统功能与特定的C组分联系起来。这种想法已经以更简单的形式存在了很长一段时间，例如，低C：n比的不稳定的C主要用于使用功能（use-function），而更稳定的(能量较少的、“顽固不化的”)C(高C：n比)则提供了囤积功能（hoard-function）。