土壤有机质（SOM）主要指存在于土壤中的所含碳的有机物质，包括各种动植物的残体、微生物体及其会分解和合成的各种有机质。土壤有机质是土壤固相部分的重要组成成分，尽管土壤有机质的含量只占土壤总量的很小一部分，但它对土壤形成、土壤肥力及农林业可持续发展等方面都有着极其重要意义。尽管已有研究表明，土壤有机质可通过与黏土矿物、铁铝（氢）氧化物结合或封闭于团聚体内部实现长期稳定，但其在不同团聚体结构和密度组分中的具体转化路径仍不明晰，制约了对其稳定性机制与土壤肥力提升的深入认知。
针对这一问题，研究团队通过计算全球土壤各团聚体和密度组分对全土SOM的13C自然丰度差异（Δ¹³C，反映有机碳转化程度的同位素指标），解析了碳元素在不同碳库之间的转化路径，揭示了不同土地利用或气候条件下土壤碳的稳定机制。研究发现，随着团聚体粒径的减小和密度组分的增加，Δ¹³C值逐渐增加，表明SOM在矿物结合态有机质（MAOM）中经历了更多的微生物转化步骤，导致¹³C富集。不同土地利用下，SOM的¹³C流动路径存在差异，森林和草地的Δ¹³C值较高，而农田的Δ¹³C值较低，这与土地利用对有机质输入和土壤扰动的调控有关。气候类型显著影响Δ¹³C值，湿润热带气候下的Δ¹³C值最高，而地中海气候下的Δ¹³C值较低。研究结果进一步表明，土壤pH、黏土含量、土地利用和气候等因素对SOM转化和稳定过程具有重要调控作用，这些发现为深入理解土壤碳的稳定机制及其对全球变化的响应提供了新视角。
本研究揭示了SOM在不同团聚体和密度组分之间的转化路径，证实MAOM是全球土壤中最稳定的有机碳库，强调矿物结合有机化合物在长期土壤碳稳定中发挥主导作用。研究可为不同土地利用与气候区的土壤碳稳定与养分管理提供理论支持与实践策略，建议结合区域特征，优化植被配置、管理措施和养分输入策略，以提升有机碳向稳定形态的转化效率。例如，温带耕地可推广保护性耕作与秸秆还田促进MAOM积累；干旱草地可通过保持多年生植物覆盖和水分提升碳保护能力；人工林可通过优化林种组合与凋落物质量，提高MAOM积累和微生物资源利用效率，进而增强土壤系统在全球变化背景下的碳稳定性与生态功能。
研究成果以“Carbon pathways in soil: unraveled by13C natural abundance”为题于2025年6月发表在Soil Biology and Biochemistry期刊。尊龙凯时人生就是搏z6com沈阳应用生态研究所特别研究助理王颖为第一作者，孙涛研究员和Anna Gunina教授为通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、尊龙凯时人生就是搏z6com稳定支持基础研究领域青年团队计划、博士后面上基金等项目资助。
论文链接：http://doi.org/10.1016/j.soilbio.2025.109872
图1 碳转化与稳定过程中13C富集的一般原理（左）；
SOM形成阶段13C富集和消耗的主要机制以及由此产生的区别（右）
图2团聚体 （µm）和密度组分（g cm -3）之间的碳流动示意图
