【文献速递】西北农林科技大学贾汉忠教授研究团队探讨土壤碎屑层活性氧随残茬腐解过程的动态变化及其在土壤有机碳矿化过程中的作用

活性氧（ROS）被认为是生物地球化学过程的重要驱动因素。然而，ROS的动态和分布及其对碎屑层碳排放的影响仍然难以捉摸。在本文中，作者使用ROS捕获琼脂凝胶观察了碎屑层中ROS的原位产生（即超氧阴离子自由基，O2??；过氧化氢，H2O2；羟基自由基，?OH），其含量随着残留物的衰减而逐渐增加然后减少。在空间上，O2??含量随着离残渣距离的增加而逐渐降低，而H2O2含量则增加。有趣的是，在孵育3天和24天后，随着与残留物的距离增加，?OH的含量分别从3.2μmol kg-1增加到4.3μmol kg-1，从6.9μmol kg-2减少到3.9μmol kg-1。Spearman相关分析表明，O2??的产生与酚氧化酶对水溶性酚的氧化密切相关。相比之下，H2O2的产生与微生物的丰度相关，这表明微生物是碎屑层H2O2产生的主要驱动因素。孵化实验的结果表明，在残渣分解的第3天至第24天，?OH产生的主要驱动因素从Fe（II）转移到水可提取有机碳（WEOC）。此外，高压灭菌降低了?OH含量，无论是否存在Fe（II）或WEOC，这突显了微生物在?OH生成中的重要作用。形成的ROS显著影响了有机碳（OC，P<0.05）的矿化，且其影响因ROS类型而异。具体而言，ROS淬灭实验表明，?OH和O2??分别刺激OC矿化15%和4%，而H2O2使OC矿化减少18%。所获得的信息突出表明，碎屑层是ROS产生的普遍但以前被低估的热点，这对土壤OC矿化和启动效应具有重要意义。

用于可视化ROS产生的ROS捕获琼脂凝胶的实验装置和应用示意图（培养3天内ROS积累的印记）

碎屑圈ROS产生的潜在途径示意图。缩写：?OH，羟基自由基，H2O2，过氧化氢，O2??，超氧阴离子自由基

为了在原位观察ROS的产生，将1克残留物（干重）和70克土壤（干重）填充到一个自建的矩形树脂箱（尺寸：130×7×60毫米）中，以创建一个碎屑层微环境。残留物被放置在盒子内部的顶部，将其分层放置在土壤上。将组装好的盒子垂直放置，放入28℃的黑暗生化培养箱中，通过添加去离子水（每日称重）将土壤湿度保持在土壤重量的约40%。孵育3天后，使用含有2′，7′-二氯二氢荧光素二乙酸酯（DCFH-DA）的琼脂凝胶进行ROS可视化，该凝胶与ROS反应产生荧光化合物2′，7'-去氯荧光素（DCF），激发和发射波长分别为488 nm和525 nm。为了用DCFH-DA制备琼脂凝胶，将3%琼脂凝胶、10 mM磷酸盐缓冲盐水（PBS）缓冲液（pH 7.2）和10μM DCFH-DA.的混合物倒入平板中。在黑暗中固化4小时后，取出琼脂凝胶。移除树脂箱（尺寸：130 mm×60 mm）的面板，在28℃的黑暗中，将制备好的琼脂凝胶小心地覆盖残留物和土壤的暴露表面1小时。最后，作者使用生物科技有限公司生产的PlantView 植物活体成像系统快速扫描获得的琼脂凝胶，得到ROS的荧光分布信号。