近日，生态与环境学院阮宏华教授团队与奥地利维也纳大学等单位合作，在《Nature Communications》上发表题为"Continental-scale drivers of soil microbial extracellular polymeric substances"（大陆尺度下土壤微生物胞外聚合物的驱动因素）的研究论文。我校为第一完成单位，生态与环境学院博士毕业生石珂为第一作者，阮宏华教授和Wolfgang Wanek教授为论文共同通讯作者。
土壤微生物胞外聚合物（EPS）是土壤碳库的重要组成部分，是由微生物分泌到胞外环境中的生物聚合物，主要由多糖和蛋白质构成。EPS在土壤生态系统中发挥着多重功能，如提高土壤保水性、调节养分循环，并作为缓冲屏障协助微生物抵御环境胁迫。同时，EPS还作为微生物源碳直接输入土壤中，通过促进土壤团聚体的形成及矿物-有机物的结合，深度参与土壤有机碳（SOC）的动态过程。然而，目前关于土壤中EPS的含量及其大规模驱动机制的研究尚处于起步阶段。尽管已有多种假设试图阐明环境对EPS分泌及含量的调控规律，但大多基于实验室模拟或小规模原位研究。本研究通过在横跨欧洲大陆约5500公里的样带上进行大规模采样，量化了大陆尺度的土壤EPS含量，并系统搜集了气候、植被、土壤及微生物等环境与生物参数，重点回答3个科学问题 （1）EPS空间格局：欧洲气候样带中土壤EPS含量的分布特征如何？土地利用方式和基岩类型如何驱动其空间分异？（2）EPS碳库贡献：EPS碳（EPS-C）对SOC库的贡献量是多少？在欧洲尺度上产生差异的主控因素是什么？（3）EPS分泌策略：EPS-C与微生物生物量碳的比值（EPS-C/MBC）如何随梯度变化？土壤碳和养分有效性、pH及水分亏缺等环境压力如何调节微生物的EPS分泌策略？通过探讨上述问题，本研究旨在深化对不同生态系统中土壤EPS的理解，并阐明其对土壤有机碳的生物地球化学过程的深远影响。
Figure 1 Soil extracellular polymeric substances (EPS) and their correlations with environmental and microbial factors.
图1 土壤胞外聚合物及其与环境和微生物因子的相关性
Figure 2 Effects of environmental and microbial factors on soil extracellular polymeric substances carbon (EPS-C) and extracellular polymeric substances carbon to microbial biomass carbon (EPS-C/MBC) ratio
图2 环境与微生物因子对土壤胞外聚合物碳（EPS-C）及胞外聚合物碳 / 微生物生物量碳（EPS-C/MBC）比值的影响
研究发现在横跨整个欧洲气候样带的土壤平均EPS含量达到 956 ± 55 µg g-1，其中EPS-C对SOC库的平均贡献为1.6 ± 0.1%。在驱动因素方面，基岩类型显著影响了EPS含量、EPS-C对SOC的贡献比例以及EPS-C/MBC比值，而土地利用方式则主要调控后两项指标。深入分析发现，EPS-C/MBC比值与微生物的生长速率及碳利用效率呈负相关，但在水分亏缺的环境胁迫下，该比值会显著升高，反映了微生物在逆境下的生存策略。此外，土壤中EPS的累积量与微生物生物量碳、粘粒含量以及交换性钙离子浓度呈正相关。这些结果有力地证明了EPS作为一种关键的微生物残留物，其丰度受气候、成土母质、微生物生理及土地利用的共同调控，这不仅有助于深入理解土壤碳循环与碳固存机制，而且拓展了现有的理论认识。
该研究得到了奥地利科学基金、中国国家重点研发计划项目（2023YFD2200404、2021YFD2200402/3）以及国家留学基金委项目的资助。论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-70068-0 。
（来源:院办 撰稿/图片:阮宏华 审核:毛岭峰）
