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土壤是一個(gè)在時(shí)間和空間上具有異質(zhì)性的環(huán)境,土壤顆粒的空間分布產(chǎn)生了很多物理、化學(xué)和生物學(xué)特性不同的微環(huán)境,使有機(jī)質(zhì)的動(dòng)態(tài)在時(shí)間和空間上具有高度異質(zhì)性。因而,土壤質(zhì)地和土壤結(jié)構(gòu)是影響SOM周轉(zhuǎn)的重要因素之一,決定著SOM的轉(zhuǎn)化更新程度和限度。在SOM循環(huán)過程中,有機(jī)物質(zhì)與土壤礦物之間的相互作用是有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定的決定性調(diào)控因子,即有機(jī)物質(zhì)通過與黏土礦物表面相互作用、與一些金屬離子(鈣、鐵、鋁等)發(fā)生絡(luò)合作用而穩(wěn)定在土壤基質(zhì)中。研究表明,微生物殘?bào)w的積累與轉(zhuǎn)化動(dòng)態(tài)與土壤礦物粒級的組成和含量密切相關(guān),其中黏粒和粉粒是微生物殘?bào)w積累的主要貯存庫。
團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單元,也是微生物活動(dòng)的主要場所。不同粒徑大小的團(tuán)聚體其物理化學(xué)性質(zhì)不同,可通過影響微生物生長和不同微生物種類間的相互作用而影響有機(jī)物質(zhì)的分解轉(zhuǎn)化過程。團(tuán)聚體的物理保護(hù)作用對有機(jī)組分在土壤中的轉(zhuǎn)化和穩(wěn)定性方面發(fā)揮重要作用。團(tuán)聚體對有機(jī)組分的物理保護(hù)主要有三個(gè)作用途徑:(1)分室作用阻斷底物與微生物的接觸;(2)分室作用降低氧氣進(jìn)入大團(tuán)聚體和微團(tuán)聚體的擴(kuò)散能力;(3)分室作用限制了底物與土壤酶的接觸。研究發(fā)現(xiàn),微生物殘留物與土壤團(tuán)聚體的形成及其穩(wěn)定性密切相關(guān),二者協(xié)調(diào)作用共同影響土壤有機(jī)碳的截獲與穩(wěn)定化過程。長期施入有機(jī)肥的農(nóng)田土壤中氨基糖的含量明顯增加,并與土壤大團(tuán)聚體的質(zhì)量百分含量和平均重量直徑呈明顯正相關(guān)。這說明氨基糖在調(diào)控土壤團(tuán)聚體形成和穩(wěn)定性方面發(fā)揮重要作用;反過來,土壤團(tuán)聚化作用加強(qiáng)可能又進(jìn)一步促進(jìn)微生物代謝產(chǎn)物在土壤中的保持和積累,而且土壤團(tuán)聚體的物理保護(hù)對相對容易降解的細(xì)菌殘?bào)w的積累和穩(wěn)定化尤為重要。根據(jù)Cotrufo等提出的微生物效率-基質(zhì)穩(wěn)定性(MEMS)概念模型,來自植物殘?bào)w的活性組分能被微生物高效同化利用,伴隨著植物殘?bào)w降解過程的進(jìn)行,微生物代謝產(chǎn)物可通過促進(jìn)團(tuán)聚化過程及其與土壤礦物結(jié)合變成穩(wěn)定SOM的主要前體物質(zhì),進(jìn)而在土壤有機(jī)碳的長期截獲和穩(wěn)定過程中發(fā)揮重要作用。