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来源：农林科学 （2025年6月28日）

土壤有机质（SOM）循环的传统和新兴概念理解存在显著差异，这两种观点对于认识SOM的形成、稳定和分解过程具有重要意义。以下是对这两种概念理解的详细描述：

土壤有机质（SOM）循环的(a)传统和(b)新兴概念理解的示意图。传统的观点并没有明确地表示驱动SOM循环的主要潜在因子和过程（例如，微生物、聚集）。相反，涌现观点认为SOM分解是一个广泛的生态系统特性和机制的功能。图中描述的关键过程包括：(i)外泌酶产生，（ii）分解，（iii）有机–矿物质相互作用，（iv）微生物坏死团，(v)地下生物群生态，以及（vi）根系贡献和养分动员。

（a）传统概念理解：传统上，SOM形成和稳定的概念模型主要聚焦于SOM化合物的化学结构，认为某些SOM化合物对生物分解的抗性是其持久性和长期稳定性的主要决定因素。在这种观点中，植物衍生的聚合物是有机质的主要来源。这些聚合物通过生物或非生物机制，经一系列反应形成富含碳和氮的大的深色（腐殖质）化合物，人们曾认为这些化合物的形成使SOM能够抵抗进一步分解。传统模型未明确表示驱动SOM循环的主要潜在因素和过程，如微生物、聚集作用等，并且将SOM分解速率简单地根据平均停留时间（MRT）划分为不同“池”，这种划分方式缺乏对潜在微生物和非生物过程的考虑，难以准确描述SOM的动态变化。

（b）新兴概念理解：许多新兴理论将物理、地球化学条件与生物学之间的相互作用置于SOM稳定性的核心位置。SOM的持久性取决于生态系统的多种属性，包括气候、土壤的物理性质（如土壤中优先流路径的形成，它决定了微生物与底物之间的连通程度）、化学性质（如土壤pH值、植物渗出物和凋落物的化学质量）、物理保护机制（如有机物吸附到矿物表面）、土壤氧化还原状态、地下生物群落（包括细菌、古菌、真菌和土壤大型动物）的生态以及有机质矿化的代谢限制等。在这个复杂的因素网络中，不同的生物成分之间以及它们与周围的矿物质和土壤团聚体的异质基质之间发生化学和物理相互作用，从而形成了SOM。微生物和植物在SOM循环中发挥着关键作用。微生物分解大部分SOM，并将其呼吸释放到大气中，但部分SOM在微生物处理前后会受到化学或物理保护，从而能够长期存在。植物通过凋落物和根系分泌物影响微生物生长，根系还能通过释放和动员养分的活动影响SOM的稳定性。此外，新兴技术如先进的分析技术和成像技术，为研究SOM动态提供了更详细的信息，有助于深入理解SOM的形成、分解和稳定机制。

传统概念理解在化学结构认知、过程机制解释、模型构建应用等方面存在局限性，影响了对土壤有机质（SOM）循环的深入认识和准确模拟，具体如下：

化学结构相关局限：传统概念认为SOM化合物的化学结构决定其稳定性，即某些SOM化合物的生物分解抗性是持久性的主要因素。但这一观点逐渐失宠，因为无法证明腐殖化合物的二次合成在自然系统中的相关性，而且理论上应持久存在的复杂化学物质（如木质素），其在土壤中的停留时间比一些不稳定分子更短。

过程机制解释不足：传统概念没有明确表示驱动SOM循环的主要潜在因素和过程，如微生物、聚集作用等。它忽略了土壤中微生物、植物根系、矿物质等之间复杂的相互作用，而这些因素对SOM的分解和稳定起着重要作用。微生物在SOM分解和转化过程中扮演关键角色，传统概念未能充分体现其作用机制。

模型构建与应用问题：传统建模方法采用平均停留时间（MRT）划分SOM“池”来研究其分解，这种方法虽应用广泛，但存在诸多问题。它缺乏对潜在微生物和非生物过程的描述，参数存在高度的等效性。传统模型无法捕捉土壤中的激发效应，难以确定哪些SOM组分被分解、哪些被稳定，无法解释热力学不稳定的有机物为何能在土壤中长期存在，也无法准确预测不同化合物的周转时间。