土壤是陆地生态系统中最大的有机碳库，其微小变化即可显著影响大气二氧化碳浓度和全球气候。外源碳输入可通过激发效应促进或抑制土壤有机质的矿化，但不同碳源类型诱导的激发效应强度、方向及其驱动机制一直缺乏全球尺度的系统评估。
中国科学院东北地理与农业生态研究所李禄军研究员团队联合浙江大学、英国雷丁大学和美国加利福尼亚大学戴维斯分校等国内外多家科研机构，在国际学术期刊Global Change Biology发表题为“Priming effects on soil organic matter mineralization by carbon substrates: A global meta-analysis”的学术论文。该研究基于100年激发效应的研究数据(1926-2026; 283篇文献、8,015组观测数据)，首次系统比较了植物残体、根系分泌物、生物炭和可降解微塑料四种外源碳输入对土壤有机质激发效应的影响，并阐明了不同碳源类型及其组分特征调控激发效应的内在机制。
研究发现，四种外源碳均诱导正激发效应，即促进了土壤有机质的矿化，但其强度差异显著。植物残体诱导的激发效应最高，平均增幅达319%；其次为根系分泌物(193%)、生物炭(130%)和可降解微塑料(107%；图1)。
图1四种碳源诱导土壤激发效应的均值和效应值
具体而言，植物残体中富含纤维素/半纤维素的非木本植物残体(如草本植物和农作物)使土壤有机质矿化增加113%，而富含木质素的木本植物残体仅增加25%(图2)。木质素较高的抗分解性及其与黏土矿物的结合是削弱激发效应的主要原因(图4)。对于不同的根系分泌物组分，有机酸诱导的激发效应最强(土壤有机质矿化增加151%)，远高于单糖(53%)和多糖(12%; 图2)。主要是由于有机酸通过酸化土壤释放额外的矿质养分，并因其低分子量可直接被微生物利用，从而促进微生物的生长和激发效应的强度(图4)。具有高芳香碳含量的木本植物来源生物炭诱导的激发效应(48%)略高于非木本植物来源生物炭(43%; 图2)。生物炭的热解温度起关键调控作用，在200–400°C下制备的非木本植物来源生物炭诱导的激发效应最强(84%)，而在400–600°C制备的木本植物来源生物炭诱导激发效应最强(83%; 图3)。具有高降解性聚羟基脂肪酸酯(PHA)微塑料使土壤有机质矿化增加258%，而低降解性聚乳酸(PLA)对土壤有机质矿化无影响(图2)。快速降解的微塑料(如PHA)易水解、熔点低，可快速为微生物提供碳源，从而通过激发效应促进土壤有机质的矿化；缓慢降解的微塑料(如PLA)则因降解缓慢，可通过形成“塑料际”抑制土壤有机质的矿化(图4)。
图2不同碳源组分诱导的土壤激发效应平均效应值
图3热解温度对生物炭诱导土壤激发效应的影响
该研究首次在全球尺度上系统阐明了不同外源碳基质类型及其组分对土壤激发效应的差异化影响，明确强调了碳源类型和质量(如纤维素/木质素比例、分子量、可降解性等)在土壤有机质矿化过程中的核心作用(图4)。研究成果为精准预测土壤碳动态、优化农业废弃物还田管理以减缓土壤碳库损失提供了重要科学依据。
图4四种碳源类型诱导土壤有机质激发效应的概念图
论文第一作者为中国科学院东北地理与农业生态研究所在读博士生董宏鑫，通讯作者为李禄军研究员。合作者还包括中国科学院东北地理与农业生态研究所特别研究助理戴闪闪、何朋博士，浙江大学符颖怡博士后、罗煜副教授，英国雷丁大学Margaret A. Oliver教授，美国加利福尼亚大学戴维斯分校William R. Horwath教授。该研究得到国家自然科学基金、黑土地保护与利用重点实验室(中国科学院)、中国科学院国际伙伴计划以及吉林省自然科学基金的联合资助。
论文信息：Dong, H., Fu, Y., Dai, S., He, P., Luo, Y., Oliver, M.A., Horwath, W.R., Li, L.J., 2026. Priming effects on soil organic matter mineralization by carbon substrates: A global meta-analysis. Global Change Biology 32(4), e70861.
