近年来，土壤有机碳（SOC）形成及其与微生物特性的关系成为土壤生态学研究的核心议题。以下的研究主要围绕微生物残体碳的贡献（Camenzind et al. 2023[1]）、微生物功能性状与SOC的关联（Whalen et al. 2024[2]; Sun & Han 2025[6]）、以及植物残体分解的“原位优势效应”（HFA）（Li et al. 2025[3]）展开。

微生物残体碳的形成路径对SOC的贡献是当前热点。Camenzind et al. 通过解析微生物死亡途径（如裂解性死亡与程序性死亡），揭示了不同路径下残体碳的化学结构与稳定性差异，强调微生物残体是可再生SOC的重要来源。类似地，Li et al.通过7年长期分解实验，发现低质量根凋落物（如高C/N比的Stipa bungeana）显著促进真菌残体碳和EPS蛋白的积累，推动SOC形成，但长期适应会削弱HFA效应，表明微生物群落动态是SOC累积的关键驱动力。

微生物功能性状与SOC的调控关系是另一重要方向。Sun & Han发现土壤团聚体分馏通过塑造微生物生活史策略（如微团聚体中高rrn拷贝数的r-策略菌富集）影响SOC有效性，而Whalen et al.则提出微生物多功能性状（如碳利用效率、胞外酶活性）协同驱动SOC形成的理论框架，为土壤健康评价提供了新指标。

此外，Bhattacharyya et al.和Anthony均强调微生物群落组装过程与SOC动态的耦合机制，但前者聚焦全球尺度下的碳-养分交互作用，后者则通过局部案例揭示了环境过滤与扩散限制对SOC形成的差异化影响。但这些研究多以来短期实验或者区域样本，结论的普适性还需要进一步验证。以下为介绍土壤微生物与土壤有机质关系的6篇论文：

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摘要：土壤储存的碳（C）比所有植被和大气的总和还要多。土壤碳储量广泛受温度、湿度、土壤物理特征、植被和微生物介导的代谢过程的影响。微生物利用土壤碳的效率调节了土壤和大气中碳储存之间的平衡。在这篇综述中，我们讨论了微生物生理学和群落组装过程如何决定微生物的生长速度和效率，进而通过群落生态学的视角决定土壤有机碳循环。我们引入了一个对生活史进行编目的概念框架（即，生长率、资源获取和压力耐受性）和装配性状（即，竞争、促进和分散）与不同的增长效率相对应。我们还比较了占主导地位的真菌类型如何影响生长效率。我们建议，为了准确预测土壤有机碳对全球变化的响应，需要进一步开发和纳入微生物显式地球系统模型中的特定群落参数。

本文综述了土壤微生物群落组装特征如何调控土壤有机碳的形成，提出微生物碳利用效率（CUE，即分配给生物质而非呼吸的碳比例），并首次建立了微生物生活史与群落组装过程共同调控CUE的协同概念模型；还通过整合全球数据发现CUE在5-10℃最高、固氮树种丰度与CUE正相关、易分解碳输入对低SOC土壤有增碳效果。文章于2020年发表在环境科学类一区TOP《One Earth》，作者为瑞士苏黎世联邦理工学院Mark A. Anthony教授及团队成员。

2《Soil carbon sequestration – An interplay between soil microbial community and soil organic matter dynamics / 土壤固碳--土壤微生物群落与土壤有机质动态之间的相互作用》

DOI: 10.1016/j.scitotenv.2022.152928

摘要：土壤固碳（SCS）是指从大气中吸收含碳（C）物质及其在土壤C库中的储存。土壤微生物群落（SMC）在碳循环中发挥着重要作用，其活性被认为是土壤中碳储存潜力差异的主要驱动因素。SMC的组成对于维持土壤生态系统服务至关重要，因为SMC的结构和活性还调节养分的周转和输送，以及土壤有机质（SOM）的分解率。量化农业实践对SMC和SCS的影响是提高土壤管理可持续性的关键。因此，我们讨论了农业实践通过改变SMC、SOM和土壤团聚体来改善SCS的影响，解开它们的相互关系和内在关系。使用197份同行评审出版物中的定量和过程驱动见解可以得出这样的结论：如果我们忽视土壤微生物群落的作用，农业管理改善SCS的净效益将是不可持续的。将死亡的微生物群落重新引入农业土壤对于增强土壤的长期碳储存潜力并随着时间的推移稳定土壤至关重要。SMC、SOM、土壤团聚体和农业活动之间的相互作用仍然需要更多的知识和研究来了解它们对SCS的充分贡献。

该研究系统综述了土壤微生物群落（SMC）与土壤有机质（SOM）动态在碳固定中的核心作用，提出SMC是土壤固定的关键驱动者以及微生物残体在土壤有机碳固定中的重要性，并系统总结了微生物调控碳固定的机制是分解与稳定平衡和团聚体的形成，还从耕作方式、有机农业、覆盖作物与轮作、施肥策略等方面对农业管理措施做出了一些关键性的建议。文章的通讯作者为莫普西格蒙特雷理工学院的Hafiz M.N. Iqbal与Roberto Parra-Saldívar教授，文章于2022年发表于环境科学类一区TOP《Science of The Total Environment》。

3《Formation of necromass-derived soil organic carbon determined by microbial death pathways / 微生物死亡途径决定的残体源土壤有机碳的形成》

DOI:10.1038/s41561-022-01100-3

摘要：土壤有机质是陆地生态系统中的主要碳库，其管理具有越来越大的政策相关性。土壤微生物是土壤有机碳封存的主要驱动力，特别是通过其残体的积累。然而，由于土壤中微生物残体的直接特征具有挑战性，因此其组成和形成仍未得到解决。在这里，我们提供了证据，证明土壤中的微生物死亡途径（微生物死亡的独特过程）会影响残体的组成及其后续命运。重要的是，衍生微生物残体的组成不等于微生物生物量的组成。从生物质到残体，明显的化学转化导致细胞壁/细胞质比例增加，而营养成分和易降解化合物则被耗尽。确切的变化取决于环境条件和不同微生物死亡途径的相关性，例如捕食、饥饿或人为压力。这对支撑生物地球化学过程的机制产生了深远的影响：（1）微生物残体的数量和持续性受到微生物死亡途径的控制，而不仅仅是最初的生物质组成;（2）微生物生物质内营养物质的有效回收提供了一种可能的有机碳封存途径，最大限度地减少氮损失;（3）人类引起的干扰影响微生物死亡的原因，从而影响坏死块的组成。因此，专注于微生物死亡途径的新研究对于改善土壤有机碳储存的管理策略具有巨大潜力。不仅微生物的生长，而且死亡也推动土壤微生物碳泵。

本文系统探讨了微生物死亡途径（Microbial Death Pathways, MDPs）如何决定其残体（necromass）的组成与土壤有机碳（SOC）的封存机制，发现微生物残体主导SOC形成以及死亡途径决定残体化学组成，文章区分了微生物死亡途径（自然死亡、人为胁迫）的类型与效应，并总结了微生物残体化学转化的关键特征的共性变化与差异，对SOC的持久性调控和农业管理有很大的启示。文章的第一和通讯作者是柏林自由大学生物研究所的Tessa Camenzind教授，其工作涉及土壤微生物生态学、植物微生物互作以及全球变化，文章于2023年发表于地球科学一区TOP《Nature Geoscience》。

4《Microbial trait multifunctionality drives soil organic matter formation potential / 微生物性状多功能性推动土壤有机质形成潜力》

DOI: 10.1038/s41467-024-53947-2

摘要：土壤微生物是有机残留物的主要来源，有机残留物积累为土壤有机质，是地球上最大的陆地碳库。因此，人们对确定推动土壤有机质形成和稳定的微生物性状越来越感兴趣;然而，某些微生物性状是否一致地预测不同功能库中的土壤有机质积累（例如，总量与稳定土壤有机质）尚未解决。为了解决这些不确定性，我们在土壤无有机质模型土壤中培育了单个真菌物种，使我们能够将真菌的生理、形态和生化特征与其土壤有机质形成潜力直接联系起来。我们发现，不同土壤有机质功能库的形成与不同的真菌性状相关，并且“多功能”物种在这一关键性状组（即碳利用效率、生长率、周转率以及生物质蛋白质和酚含量）中具有中间投资，促进土壤有机质形成、功能复杂性和稳定性。我们的结果强调了基于分类特征的框架的局限性，该框架描述了微生物特征之间的二元权衡，而是强调了微生物特征之间协同作用对于功能复杂土壤有机质形成的重要性。

本文主要研究了微生物功能性状的多功能性（multifunctionality）对土壤有机质（SOM）形成潜力的驱动作用，核心发现为微生物多功能性状决定了SOM的形成，以及其多功能性与碳效率相关，对于目前土壤碳循环模型有着重要的参考意义（将微生物多功能性状整合到模型中可以更准确预测SOM动态）。文章的第一和通讯作者为美国新罕布什尔大学自然资源与环境系的Emily D. Whalen教授，文章于2024年发表于综合类一区TOP《Nature Communications》。

5《Soil organic carbon formation from plant and microbial residual carbon: Effects of home-field advantage and root litter quality / 植物和微生物残体碳形成土壤有机碳：主场优势和根茬质量的影响》

DOI: 10.1016/j.catena.2025.108985

摘要：优势（HFA）假说表明，与非原位相比，专门分解原位凋落物的微生物会导致更快的原地分解，从而增强了原位土壤有机碳（SOC）的形成。短期凋落物分解（例如，<3年）通常表现出HFA效应。然而，目前尚不清楚是否长期（例如，> 5年）微生物对原位或非原位底质的适应会导致HFA的损失，以及这如何影响植物和微生物来源的SOC积累。为了解决这个问题，我们使用三种不同质量的典型根枯落物进行了为期7年的原地和异地分解实验：毛茛（C/N = 81.7）、蒙古蓟（C/N = 56.6）和蒿（C/N = 43.2）。我们的研究结果挑战了传统观点，表明HFA随着时间的推移而下降，这可能是由于微生物对异地土壤的长期适应。这表明微生物最终可以适应新的环境，从而减少了原位观察到的最初优势。尽管如此，预先存在的强HFA加速了根枯落物分解和SOC的形成，使原位SOC增加了19.9 - 152.7%。这种加速主要是由于原位微生物“体内周转率”增强，真菌坏死团C（294.6 - 312.1%）和细胞外聚合物蛋白（EPS蛋白，4.8 - 92.1%）的显着增加就证明了这一点。相反，植物残留碳对异地SOC的贡献（14.3 - 17.8%）高于原地（2.5 - 9.0%），表明异地植物残留物的物理迁移更强。低质量落叶促进了真菌残留C、EPs蛋白和SOC的原位和非原位积累，表明其适合生物量合成和微生物残留库的形成。这项研究阐明了HFA随着时间的推移而减弱，以及低质量枯枝落叶对增加SOC的显著贡献。这项研究阐明了根分解增强SOC积累的机制，强调了HFA在根凋落物分解动力学中的关键作用。

本文通过7年原位（in situ）与异位（ex situ）分解实验，揭示了根系凋落物质量与"主场优势"（HFA）对土壤有机碳（SOC）形成的动态影响。研究发现HFA效应随时间减弱并且促进了碳固定机制，通过原位与异位分析发现原位以微生物残体碳为主，异位以植物残留碳为主，这首次证实了HFA效应在长期分解中会消退，也给我们对土壤有机碳的管理提供了一定的启示。文章的通讯作者为中科院水土保持研究所安韶山研究员，文章于2025年发表于农林科学一区TOP《CATENA》。

6《Microbial functional trait predicts soil organic carbon across soil aggregates in northeastern China / 微生物功能特征预测中国东北土壤团聚体中的土壤有机碳》

DOI： 10.1016/j.soilbio.2025.109793

摘要：土壤团聚体为微生物提供了多样化的栖息地，其特征在于微生物16 S rRNA基因操纵子（rrn）拷贝数的变化。rrn拷贝数被认为是一种功能性状，可指示微生物生长率和有机质可用性，与土壤肥沃度、营养循环和生态系统健康有关。然而，土壤团聚体分数对微生物功能性状的影响，如rrn拷贝数，仍然不清楚。这项研究表明，微生物分类组成因土壤团聚体部分而异，微团聚体中的群落水平rrn拷贝数较高，与大团聚体和粉土+粘土部分相比，这可能表明微生物r-strategics的流行。此外，土壤有机碳与群落水平rrn拷贝数之间存在很强的正相关性，表明rrn拷贝数是土壤有机碳有效性的一个有意义的功能特征。总体而言，这项研究为土壤团聚体分数如何塑造微生物群落的生活史策略、土壤有机质含量并促进土壤健康提供了新的见解。

文章通过分析土壤团聚体分室中微生物16S rRNA基因拷贝数（rrn）的分布特征，揭示了微生物功能性状与土壤有机碳（SOC）的关系。研究发现，微生物rrn拷贝数具有团聚体分室特异性，并且强调了rrn拷贝数作为SOC有效性的生物标志物的重要性。文章首次将rrn拷贝数作为功能性状用于团聚体尺度的SOC动态预测，为通过调控团聚体结构（如促进微团聚体形成）优化土壤健康提供了微生物学依据。文章为华中农业大学与俄克拉荷马大学联合署名，作者为韩顺教授，文章于2025年发表于农林科学一区TOP《Soil Biology and Biochemistry》。

来源: 公众号：天启博士