土壤溶解性有机质（DOM）化学多样性是指土壤中DOM分子的化学组成和性质的多样性。土壤侵蚀导致的亚耕层（B层）暴露会显著影响土壤的含水量、pH值和养分有效性等，进而对DOM的动态变化产生影响。了解侵蚀土壤中影响DOM化学多样性的具体因素，对于预测在这些变化条件下DOM和土壤有机质（SOM）的反应性和动态至关重要。因此，明晰不同侵蚀程度下0-10、10-20和20-30 cmB层中的DOM化学多样性的变化情况及其DOM的降解程度，探究影响B层DOM化学多样性变化的关键因素，将有助于加深对土壤中DOM分子持久性和多样性的认识，从而促进对侵蚀土壤中碳循环的预测。

本研究基于2015年在中国科学院东北地理所海伦黑土水土保持监测研究站建立的长期原位模拟侵蚀试验，采用30 cm（未侵蚀）、20 cm（轻度侵蚀）和10 cm（严重侵蚀）深度的耕层（A层）处理进行研究。利用傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR-MS）测定和计算土壤DOM中七种化合物（类脂、类蛋白质、类碳水化合物、不饱和烃类、类木质素、类单宁和稠环芳香烃化合物）的相对丰度、CHONS型化合物的相对比例以及DOM的降解程度等；并辅以宏基因组测定土壤微生物群落和碳降解功能基因特征。研究结果显示，与未侵蚀处理相比，轻度侵蚀处理显著增加了0-10 cm、10-20 cm和20-30 cm B层中的溶解性类木质素化合物的24-63%；而严重侵蚀处理分别显著增加了10-20 cm和20-30 cm B层中的溶解性类木质素化合物的41%和22% （图1）。同时，相对于未侵蚀处理 ，轻度和严重侵蚀处理都显著降低了10-20 cm和20-30 cm B层中的类脂和类蛋白质化合物含量，降低幅度为69-87%（图1）。值得注意的是，黑土DOM化学多样性的变化主要受土壤理化性质控制，而非微生物性状（图2）。以降解指数和吉布斯自由能表示出来的DOM降解程度与类木质素的积累有正相关性，说明惰性化合物中的类木质素也可以降解（图3）。因此，侵蚀黑土在B层的固碳潜力较小。为了防止玉米-大豆轮作中土壤退化，建议在易受侵蚀的黑土中，将有机和无机肥料组合施用于20-30 cm的土壤深度，以增加B层土壤的固碳潜力。

图1基于van Krevelen图的DOM组分的化学式核密度图。颜色越深表示分子密度越高。

图2 DOM组分与土壤理化因子的级联关系

图3 模拟侵蚀A层下B层黑土溶解性有机质的化学多样性的变化及其影响因素

研究成果近期发表在农林科学国际重要期刊Soil Biology and Biochemistry（IF=9.8）上，东北地理所土壤资源与利用学科组周萌助理研究员为第一作者，农田分子生态学科组李彦生副研究员为通讯作者，刘晓冰研究员、隋跃宇研究员和张兴义研究员也参与该研究工作。研究得到国家重点研发计划项目（2021YFD1500803）、中国科学院先导项目（XDA28100200、XDA28070302）、中国科学院国际合作项目（131323KYSB20210004）和国家自然科学基金青年项目（42307437）等联合资助。

论文信息：

Meng Zhou,Yang Xiao,Yansheng Li*,Jian Liu,Yueyu Sui,Xingyi Zhang,Xiaobing Liu. Simulated erosion of A horizon influences the dissolved organic matter chemodiversity and carbon sequestration of B horizon in Mollisols. Soil Biology and Biochemistry,2024,109648.

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2024.109648