土壤有机碳（SOC）是陆地生态系统最大的活性碳库之一，在维持土壤肥力、保障粮食安全和调节全球气候变化中发挥关键作用。近年来，越来越多研究表明，微生物残体碳（Microbial Necromass Carbon, MNC）是土壤有机碳的重要来源。然而，现有土壤碳循环模型大多仅关注微生物生长与分解过程，对于微生物死亡路径（Microbial Death Pathways, MDPs）的描述较为简化，限制了模型对复杂农田生态系统中碳循环过程的模拟能力。针对这一问题，中国科学院东北地理与农业生态研究所黑土有机碳与保护性耕作学科组联合武汉大学、加拿大农业部和开罗大学等国内外研究机构学者，构建了三种不同复杂度的微生物残体碳模型，包括多路径微生物残体模型（MPN）、双残体模型（DUN）和单残体模型（SIN）。其中，MPN模型首次将微生物死亡路径划分为衰老/程序性死亡、病毒裂解、捕食作用以及环境与人为胁迫等四类机制，并基于我国六大农业区108个长期定位试验数据开展区域尺度模型校准与验证。

研究结果表明，相较于传统模型，MPN模型在我国多数农业区均表现出更高的模拟精度和更稳定的区域适应性，能够更准确地反映不同农田管理措施及环境条件下土壤有机碳动态变化规律。研究进一步发现，不同微生物死亡路径形成的残体碳在农田生态系统中具有显著差异：低温和干旱条件下，微生物衰老死亡贡献增加；而水稻土中病毒裂解及微生物代谢过程对碳循环影响更加显著，轮作和高碳投入则有助于降低环境胁迫导致的微生物死亡比例。微生物死亡机制不仅影响土壤有机碳积累过程，还决定了模型对温度、pH和碳氮比等环境因子的响应特征。此外，在东北等高纬度低温区域，由于微生物休眠现象较明显，过于复杂的死亡路径结构可能增加模型参数敏感性，从而削弱模拟优势。该研究从区域尺度系统验证了引入微生物死亡路径对提升土壤碳模拟能力的重要作用，为深入理解农田生态系统碳循环机制、评估土壤固碳潜力以及构建更高精度的微生物地球化学模型提供了重要参考。

相关成果以“Mechanistic Microbial Death Pathways Improve Regional Soil Carbon Simulations across Diverse Cropland Ecosystems”为题发表于环境领域国际顶级期刊《Environmental Science & Technology》（IF = 11.3）。论文第一作者为东北地理所黑土有机碳与保护性耕作学科组博士研究生王文俊，通讯作者为梁爱珍研究员。博士研究生李钰婉、武汉大学王纲胜教授、加拿大农业部Neil McLaughlin研究员、开罗大学Mohamed S. Abbas教授、陈学文副研究员及张延副研究员等参与了该研究。研究得到中国科学院战略性先导专项（A类“黑土粮仓”）（XDA28080200）等项目资助。

论文链接如下：https://doi.org/10.1021/acs.est.5c16652