日前，《自然—地球科学》在线发表华中农业大学蔡鹏教授团队成果。研究发现，微生物分泌到细胞外的聚合物，是土壤矿物结合态有机碳的重要来源和组成部分，拓展了人们对土壤碳循环的认识。

研究团队合照。华中农业大学供图

据悉，土壤有机碳是陆地最大活跃碳库，微小变化都可能影响全球气候。近年来，主流理论强调植物与微生物残留物是土壤有机碳的重要组成，其中微生物细胞残体可通过矿物吸附长期保存，形成较为稳定的土壤矿物结合态有机碳。但微生物生长代谢时，还会分泌胞外聚合物。它是一类富含多糖和蛋白质等生物大分子的复杂有机混合物，黏性强，可通俗理解为一种“胶水”。它具备形成矿物结合态有机碳的潜力，却因缺乏测量手段，长期被视为含量低、稳定性差的“边角料”，未进入土壤碳循环理论的系统评估。

针对这一长期存在的“测不准、看不透”难题，华中农大研究团队开展了系统性技术攻关。他们整合大量数据，发现胞外聚合物中多糖和蛋白质里的碳占总碳约四分之三，比例稳定，可作为精准定量检测的“特征指纹”。结合化学分离和氧同位素示踪，团队能较准确测定土壤中胞外聚合物的含量和合成速度。

为确保研究结果真实、贴合实际农田生态环境，研究团队跨越我国南北约3624公里的广阔区域，采集了55份典型农田土壤样本开展系统性检测分析。结果显示，研究中测得的非矿物稳定态胞外聚合物碳，只占土壤有机碳总量的3.2%，看似不多，但产生速度很快，几乎与微生物细胞生物量的产生速度相当。这说明，胞外聚合物不是“微量产物”，而是微生物大量合成、不断释放的重要有机碳组分。

统计分析还发现，胞外聚合物与土壤矿物结合态有机碳含量关系密切，是预测后者的关键因子；这种关联并不依赖微生物细胞碳的多少。相比之下，微生物细胞碳的解释力较弱。

为直观验证微生物“胶水”的固碳贡献，团队开展了对照实验：通过碳同位素标记技术，分别将胞外聚合物、微生物细胞残体、植物源碳三类物质，输入不同类型土壤中观测变化。实验结果明确证实，加入微生物胞外聚合物后，土壤矿物结合态有机碳含量显著提升。

标记追踪数据进一步显示，进入土壤的胞外聚合物并不只是原样保存，而会经历微生物代谢与再同化，转化成新的胞外聚合物和细胞残体，最终被矿物“抓住”并稳定下来。在由胞外聚合物形成的矿物结合态有机碳中，约三成到七成仍以胞外聚合物形态存在。这说明，它既是矿物结合态有机碳的重要来源，也是其重要组成部分。

相关负责人介绍，这项研究拓展了传统以微生物细胞碳为核心的“微生物碳泵”理论，把微生物胞外碳合成与稳定路径纳入土壤碳循环体系。它不仅深化了对微生物源有机质形成、转化和稳定机制的认识，也为精准评估土壤固碳潜力、优化农田碳管理、增强农田土壤碳汇和应对气候变化提供了新依据。

相关论文信息：https://www.nature.com/articles/s41561-026-02103-0