微生物分泌物成为土壤碳的重要贡献者

nature.com报道的研究发现，碳进入土壤并留存其中有第二条重要的微生物途径。微生物的贡献并不只来自死亡细胞的残留物；它们在存活期间释放的物质也可能提供数量相当的碳，并以相近或更高的速率被纳入矿物结合态有机碳。

这一发现源于对中国各地农田土壤开展的一项研究。研究人员开发出一种同位素示踪技术，用于测量胞外聚合物的产生量。这些物质会被释放到微生物细胞外，形成可能包含糖类、蛋白质及其他生物聚合物的混合物。它们的质地通常被形容为类似黏液，但与死细胞残留物相比，它们对长期土壤碳储存的重要性此前尚未得到同样清晰的测量。

微生物碳循环中缺失的一环

土壤有机碳部分由植物物质构成，但微生物有助于决定这些物质进入土壤后会发生什么。它们处理植物来源的碳，并将其中一部分转化为微生物碳。这些碳可以留在土壤中，成为更广泛有机质储量的一部分。

科学家已经确认，细胞残留物——微生物细胞死亡后留下的残余物——对这种储存发挥着重要作用。新研究则探讨了一个研究较少的问题：在微生物死亡之前，由细胞外释放的微生物产物究竟能提供多少碳？

胞外聚合物给出了部分答案。微生物会产生这些物质并将其释放到周围环境中，在那里它们可以与土壤颗粒和矿物质发生相互作用。研究结果表明，这一过程并不是死细胞储碳的次要补充。在接受调查的土壤中，胞外物质的产生量与微生物细胞残留物的产生量相当。

研究人员还发现，在不同土壤中，这些物质的丰度或产生量与矿物结合态有机碳之间存在统计关联。这种关联本身并不能证明该过程的每一个环节，但它指向了微生物分泌物与土壤碳库之间的联系，而矿物结合态有机碳正是被认为有助于碳长期留存的重要碳库之一。

追踪进入矿物结合储库的碳

为了量化这条胞外途径，研究人员开发了一种以含氧-18的水为基础的方法。氧-18是一种可以通过生物过程进行追踪的氧形态。他们将这一方法用于一项覆盖全国范围的中国农业土壤调查，从而能够在多个地点评估胞外聚合物的产生量，而不是只在单个受控样本中进行测量。

研究还开展了实验室微宇宙实验，并使用碳-13对碳进行标记。这样便可以追踪源自胞外聚合物的碳，并确定其是否进入矿物结合态有机碳库。

这些实验显示，来自微生物物质的碳进入矿物结合态碳库的速率，与微生物细胞残留物所测得的速率相当；在某些情况下甚至更高。这一结果进一步表明，微生物分泌物并不只是土壤环境中的暂时性物质。它们可以成为与矿物结合的碳组分的一部分，而有机质正是以一种与土壤碳积累相关的形态被固定在其中。

这一发现为何重要

矿物结合态有机碳是土壤中碳的重要去向之一。了解碳如何进入这一碳库十分重要，因为这一途径会影响研究人员如何解读土壤碳的变化，以及如何评估微生物群落的影响。

这项工作拓展了人们对微生物碳处理过程的认识。如果只关注死亡细胞，就会忽略存活微生物释放的碳，尽管该研究表明，这种胞外输入可能同样重要。因此，这些发现提供了一种机制，解释微生物群落如何影响土壤中碳的迁移与留存。

这些结果也可能帮助完善有关土壤碳如何响应全球变化的研究。改变微生物活性的条件，可能不仅影响细胞残留物的形成，也会影响胞外聚合物的释放及其最终去向。该研究并未将胞外途径视为细胞残留物的替代途径。相反，它确认了这两者都是微生物处理过程为矿物结合态土壤碳提供碳源的重要途径。