為(wei) 地球元素循環影響全球氣候變化研究提供新啟示

　　我科學家揭示地表礦物-微生物-有機質耦合作用新機製

　　本報北京2月15日電（記者晉浩天）一直以來，地表礦物、微生物與(yu) 有機質之間內(nei) 在作用機製，特別是礦物風化作用在微生物激發效應中扮演的角色始終未被揭示與(yu) 認知。北京大學地球與(yu) 空間科學學院魯安懷教授和方謙博士課題組與(yu) 合作者日前於(yu) 《自然·通訊》在線發表題為(wei) 《地球關(guan) 鍵帶中礦物風化作用調控微生物碳激發效應》的研究成果，報道地表礦物-微生物-有機質耦合作用新機製。

　　“礦物、微生物和有機質是陸地表層主要組成部分，無時無刻不在發生著相互作用，並為(wei) 所有陸地生物提供營養(yang) 物質、代謝能量和穩定適宜的生存環境。在太陽光輻射下，地表礦物常受到微生物、有機酸和水的影響而發生風化作用。有機質在礦物保護與(yu) 微生物攻擊下，動態進行著‘土壤呼吸作用’。”魯安懷介紹，過去人們(men) 發現，當更易“食用”的有機質進入土壤後，微生物受到“激發”分解更多被礦物保護的有機質並釋放出CO2，影響著地球關(guan) 鍵帶物質循環、能量轉化與(yu) 全球碳源/匯過程甚至全球溫室效應。但地表礦物、微生物與(yu) 有機質之間內(nei) 在作用機製究竟是什麽(me) ，尚未被揭示與(yu) 認知。

　　研究團隊與(yu) 合作者研究發現，地表礦物風化作用與(yu) 微生物激發效應之間存在密切聯係，礦物風化作用可增強微生物激發效應。按照產(chan) 物類型，礦物風化一般可分為(wei) 協調風化與(yu) 不協調風化。協調風化產(chan) 物僅(jin) 為(wei) 溶解態離子，可為(wei) 微生物提供營養(yang) 元素，促進微生物對有機質的分解。不協調風化產(chan) 物除產(chan) 生溶解態離子外，還會(hui) 產(chan) 生次生礦物如高嶺石、蒙皂石、水鐵礦等，這些次生礦物可與(yu) 土壤有機質結合從(cong) 而保護有機質免遭微生物分解。次生礦物還與(yu) 可溶解性有機質結合，使可溶解性有機質難以被微生物直接利用，抑製激發效應的發生。這些過程均對碳循環過程產(chan) 生重要影響。

　　研究團隊通過大量時間序列分析和統計分析，發現礦物風化作用在時間和空間上均與(yu) 受激發的微生物對有機碳礦化存在耦合關(guan) 係。隨著礦物風化作用增強，產(chan) 生陽離子（營養(yang) 元素）通量變大，微生物對有機碳礦化的速率也增強，而這些過程常常伴隨著微生物活動強度的升高和對溶解性有機質可利用性提高，亦即礦物風化與(yu) 微生物激發有機質礦化存在耦合作用。研究證實礦物風化的協調性對微生物激發礦化強度有明顯的控製作用。

　　該研究結果表明，地表無機界礦物與(yu) 有機界微生物和有機質之間耦合作用關(guan) 係，遠比人們(men) 之前的認識豐(feng) 富得多。由於(yu) 全球土壤中均含礦物、微生物和有機質等，本文報道的這種聯係無疑具有普遍性，也可能揭示了地質曆史長時間尺度元素循環（風化作用）與(yu) 現代短時間尺度的碳周轉（激發效應）之間的重要聯係。為(wei) 深時地球礦物-微生物共演化、地球元素循環影響全球氣候變化研究提供了新的啟示，也為(wei) 地球關(guan) 鍵帶中太陽光-礦物-微生物-有機質-水，這一多元複雜的開放係統耦合作用機製研究提供了新的思路。