科学家们揭示了厌氧铁复原带动土壤碳库加速分解的机制

SOC分解是陆地碳循环的关键过程之一，其强度受到氧化还原要求的重要控制。传统热学理论认为，厌氧或缺氧环境抑制有机碳分解，但最近的研究表明，在某些土壤中缺氧可能会提高SOC分解速度。这种现象的普遍性和驱动机制尚不清楚。

针对这个问题，冯晓娟团队在16个容易发生间歇性淹水的地区收集了20个含有不同有机物和矿物成分特征的土壤样品，利用微宇宙培养试验对比了有氧和缺氧环境下的SOC分解速度，结合土壤生物地球化学属性的动态变化，揭示了驱动SOC缺氧快速分解的关键机制。

研究人员发现，在90天的培养过程中，70%的SOC缺氧分解率接近甚至超过有氧分解率，高达有氧分解率的2.3倍。替代电子受体的恢复遵循热学反应序列:硝酸根在前20天释放了78%的CO2，第20天-90天铁恢复贡献率达到90%。特别是在铁恢复阶段，SOC的缺氧分解速度明显高于有氧分解。与此同时，铁恢复过程伴随着低含量水溶性有机碳含量和铁恢复功能微生物相对丰富度的显著增加。这些数据表明，铁恢复通过双重机制来加速缺氧供应。

在将培养周期延长到200天后，研究人员发现，在缺氧条件下，铁结合有机碳的初始损失量达到90%，与SOC分解量的增加量成正比，这表明在缺氧条件下，铁结合溶解释放的铁结合有机碳可能是SOC分解的重要氮源。随机森林模型表明，在间歇性缺氧环境下，含有可氧化铁、有机碳和铁复原微生物的土壤很可能加速SOC的损失。

这些现象表明，间歇性缺氧可以诱导金属结合有机碳溶解，释放容易分解的氮源，从而激活微生物的代谢活性，最终导致SOC缺氧分解速度超过有氧分解速度。

研究小组表示，研究结果纠正了“有机碳分解缺氧抑制”的传统认知。建议将铁引导的碳库动态模块引入全球碳模型，特别是在缺氧频繁、富铁和富碳频繁发生的热点地区。