胞外水解和氧化过程是土壤有机质分解的关键限速步骤，通常将其归功于生物（胞外）酶驱动的催化过程。然而，土壤矿物也可通过介导电子转移、提供表面催化位点或诱导芬顿反应生成活性氧自由基等机制催化有机质分解，即“矿物催化”过程。目前，不同生态系统中矿物催化对土壤有机质胞外分解作用的贡献尚不明确，可能导致对土壤有机质分解及其环境敏感性的认知偏差。
中国科学院植物研究所冯晓娟研究团队通过“方法验证—野外调查—培养实验”的手段，定量评估了矿物催化对不同生态系统中土壤有机质胞外氧化和水解潜力的贡献及其环境敏感性。研究发现，矿物催化（主要由含铁和含锰矿物驱动）对土壤有机质胞外氧化潜力的贡献平均为43%（7%—99%），对水解潜力的贡献达54%（15%—92%）。特别是，在深层土壤和湿地等微生物活性受限但活性铁锰矿物含量丰富的环境中，矿物催化对土壤有机质胞外分解起到决定性作用。生物酶催化主要受微生物活性、土壤理化性质（如pH、可溶性酚类）及气候特征（如年均温）的调控。相比之下，矿物催化则主要受土壤活性铁/锰氧化物与黏土矿物的调控。短期土壤培养实验结果表明，随着温度与pH的升高，生物酶驱动的土壤有机质胞外分解潜力显著增强，而矿物催化的分解潜力则保持相对稳定。因此，忽视矿物催化作用可能会系统性地高估土壤有机质分解的温度敏感性。以上研究揭示了矿物催化在土壤有机质胞外分解中的重要作用，是对以生物酶催化为中心的传统认知的重要补充。
该项研究成果于1月17日在线发表在国际学术期刊Environmental Science & Technology。植物所特别研究助理赵云鹏为论文第一作者，冯晓娟研究员为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金项目的资助。
文章链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.5c13520
矿物催化对不同生态系统中土壤有机质胞外氧化和水解潜力的贡献
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