在中国东北黑土带上，气候条件、土壤性质和土地管理方式等多因素共同作用造成土壤有机碳含量显著的空间分布差异。在农田生态系统中，土壤有机碳积累还受种植制度等农田管理方式的影响。然而，农田土壤有机碳含量及其不同碳库和来源的空间分布规律及其变异驱动机制依然不清。针对以上问题，中国科学院东北地理与农业生态研究所李禄军研究员团队以东北典型黑土（Mollisols）农田为研究对象，采集典型黑土带不同种植制度的农田土壤样品，旨在揭示黑土农田土壤有机碳积累及其稳定性空间变异的关键驱动机制。

研究发现，不同种植制度下土壤微生物残体和矿物结合态有机碳（MAOC）随着年均温度的增加而下降，且共同作为土壤有机碳的主要贡献者（图1和2）。值得注意的是，土壤微生物残体和MAOC积累表现出不同的环境调控机制（图3）。其中，微生物残体积累主要受微生物性质（61%）和土壤有机质化学难降解性（31%）调控，而MAOC形成则受微生物残体（50%）和矿物保护作用（41%）联合控制。进一步通过分析土壤微生物残体碳在不同碳库（颗粒态有机碳，POC；MAOC）中的占比，发现较大比例的微生物残体碳固存在MAOC中，同时微生物残体碳也是POC积累的重要来源。此外，研究结果还表明，微生物残体碳（27-37%）在MAOC中的比例大于植物源碳（<22%），证实了东北典型黑土带上不同种植制度下土壤MAOC积累的两步途径，即通过“微生物体内周转途径”为其提供重要前体—微生物残体，随后利用非晶质铁铝氧化物（Fe+Al）和交换性Mg²⁺的矿物稳定机制将微生物残体固存在土壤中。

路径分析结果显示，农田土壤有机碳受矿物和微生物碳泵的协同作用调控，并由矿物稳定最终决定土壤有机碳积累（图4）。其中，土壤微生物碳泵控制微生物源碳的供给，矿物碳泵则决定微生物残体碳通过有机-矿物结合作用实现稳定的效率和持久性。因此，土壤有机碳积累的主要途径由土壤MAOC增加主导，该过程受土壤微生物残体和矿物保护作用共同调控。该研究加强了对农田土壤有机碳稳定机制的深入理解。在未来持续变暖的气候条件下，改善土壤微生物代谢效率、促进土壤微生物残体积累、增强矿物稳定能力的农业管理措施能有效促进土壤有机碳固定。

相关论文以“Coupled mineral and microbial carbon pumps govern soil organic carbon accumulation in croplands at a large spatial scale”为题，在线发表于国际学术期刊Soil Biology and Biochemistry。论文第一作者为中国科学院东北地理与农业生态研究所特别研究助理戴闪闪，通讯作者为李禄军研究员，合作者还包括东北地理所何朋、张雪仙、朱冰雪特别研究助理，张志明项目高级工程师，在读博士生王丹丹，以及东北地理所刘俊杰、宋开山研究员。该研究获得了国家自然科学基金区域创新发展联合基金集成项目、面上项目、青年科学基金项目等的联合资助。

论文信息：Dai S.S., He P., Zhang Z.M., Wang D.D., Zhang X.X., Zhu B.X., Song K.S., Liu J.J., Zhu-Barker X., Li L.J., 2026. Coupled mineral and microbial carbon pumps govern soil organic carbon accumulation in croplands at a large spatial scale, Soil Biology and Biochemistry, 110236.

图1 黑土带上土壤有机碳的空间分布特征及不同碳库（颗粒态有机碳，POC；矿物结合态有机碳，MAOC）和碳源（木质素酚，lignin phenols；氨基糖，amino sugars）与气候因素之间的关系

图2 黑土带上土壤有机碳与不同碳库（颗粒态有机碳，POC；矿物结合态有机碳，MAOC）和碳源（木质素酚，lignin phenols；氨基糖，amino sugars）之间的关系

图3 影响土壤微生物残体（a, c-g）和矿物结合态碳（b, h-k）积累的关键因素

图4 影响土壤有机碳积累的关键生物和非生物途径