系統評估測量方法，建立土壤碳匯研究“通用標尺”

土壤是陸地生態系統中最大的碳庫，而其中相當一部分穩定碳并非直接來自植物殘體，而是源自微生物死亡后形成的“微生物殘體碳”。準確量化這一“隱形碳庫”，是理解土壤碳長期穩定機制和提升全球碳循環模型可靠性的關鍵前提。然而，長期以來，不同研究采用的分析方法差異，使得研究結果難以直接比較，嚴重制約了跨區域、跨尺度綜合分析。

圖 1. GC 與 HPLC 方法在土壤氨基糖分析中的工作流程比較

近日，中國科學院華南植物園恢復生態學團隊聯合中國科學院沈陽應用生態研究所、美國馬里蘭大學等單位的科研人員，對土壤微生物殘體關鍵示蹤指標——氨基糖的兩種主流分析方法進行了系統而全面的評估研究，為該領域提供了清晰、量的方法學比較框架。

圖 2. GC 與 HPLC 方法在不同土壤組分中測定氨基糖的一致性比較

注：a–d，基于 395 份土壤樣品，GC 與 HPLC 在單個氨基糖及總氨基糖濃度上的線性相關關系。紅線表示回歸斜率，黑色虛線表示 1∶1 參考線（所有組分的 R2 均大于 0.92）。e–h，Bland–Altman 一致性分析圖，展示 GC 與 HPLC 兩種方法之間的差異與一致性。紅色虛線表示平均偏倚，綠色實線表示 95% 一致性限，結果表明兩種方法整體高度一致，僅存在輕微的系統性偏差。i–l，GC 與 HPLC 在整體土壤、顆粒有機質（POM）和礦物結合有機質（MAOM）中測得的單個氨基糖及總氨基糖平均濃度（均值 ± 標準誤）。MurN：胞壁酸；GalN：胺基半乳糖；GluN：胺基葡萄糖；TASs：總氨基糖。

大樣本、多尺度對比，破解“方法之爭”

研究團隊基于北美不同氣候帶和生態系統的395份野外土壤樣品，系統比較了氣相色譜（GC）和高效液相色譜（HPLC）在氨基糖定量方面的表現；同時，整合了全球范圍內1900余條已發表數據，開展大尺度薈萃分析。結果顯示，兩種方法在整體上具有極高的一致性，測定結果高度相關，說明不同研究之間的數據具備整合的潛力。但進一步分析發現，在土壤有機碳和全氮含量較高、基質更為復雜的條件下，GC方法表現出更高的穩定性和統計解釋力，能更準確地反映微生物殘體與土壤碳氮梯度之間的關系。這一優勢主要源于GC分析過程中更加嚴格的純化步驟，能夠有效降低土壤基質干擾。

圖 3. GC 與 HPLC 方法在氨基糖定量中的情境依賴性差異

注：a–b，基于 395 份土壤樣品，ln 轉換后的土壤有機碳（SOC；a）和全氮（TN；b）與氨基糖（ASs）濃度之間的關系對比，其中 GC 測定結果用紅色表示，HPLC 測定結果用藍色表示。在 SOC 和 TN 含量較高的土壤中，GC 方法表現出更高的對數似然值（LogLik），表明其模型擬合顯著優于 HPLC（似然比檢驗，p < 0.001）。c–d，基于已發表研究匯編數據的對數–對數回歸分析，展示 SOC（c）和 TN（d）與 ln 轉換后的氨基糖濃度之間的關系（GC：n = 800；HPLC：n = 1100）。

“高精度”與“高效率”各有所長

研究同時指出，兩種方法并非孰優孰劣，而是各有適用場景。GC方法化學分辨率高、抗基質干擾能力強，更適合用于機制研究、同位素示蹤以及高精度定量分析；而HPLC方法操作流程相對簡化、通量高、成本較低，更適合大尺度調查和長期生態監測。“關鍵不在于選哪一種方法，而在于是否根據研究目標和土壤條件作出合理選擇，”研究人員表示，“這項工作為方法選擇提供了明確依據。”

研究意義：為全球土壤碳匯研究搭建“橋梁”

“這項工作不僅是方法學的校準，更是連接過去與未來的橋梁。” 本研究通過建立清晰的定量比較與評估框架，使整合過去幾十年積累的全球土壤微生物殘體數據成為可能，為不同研究之間的數據互通提供了科學基礎。由此，有望顯著提升基于大數據和模型的土壤碳庫動態預測能力，加深對全球變暖背景下土壤碳匯穩定性的認識，為國家“雙碳”目標提供更加可靠的基礎數據支撐。

更為重要的是，該研究系統厘清了氣相色譜（GC）和高效液相色譜（HPLC）兩種主流技術在不同土壤情境下的適用性，為歷史數據與新觀測結果的協同利用掃清了方法學障礙。這將推動跨區域、跨生態系統的綜合分析，提高微生物過程在全球碳循環模型中的表達精度。研究團隊指出，未來通過統一校準體系和跨實驗室比對試驗，有望進一步推進氨基糖分析方法的標準化進程，為精準評估土壤碳匯功能、服務國家“雙碳”戰略提供更加堅實的科學支撐。

相關成果以“Benchmarking GC and HPLC for amino sugar analyses across soils” 為題發表在國際土壤學著名期刊Soil Biology and Biochemistry上。中國科學院華南植物園鶴山站博士后牟之建為論文第一作者，劉占鋒研究員為論文通訊作者，相關研究得到了國家自然科學基金等項目的資助。論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2025.110066