作為陸地重要的土壤庫，泥炭地在全球碳循環及氣候變化緩解中發揮著重要作用。氣候變化下泥炭地有轉變為碳源的巨大風險，因此，亟需加強泥炭地土壤碳庫穩定性研究。除了低溫、低氧和低pH的限制，泥炭地中普遍存在的酚類物質及其氧化產物對土壤碳動態及碳庫穩定性也有重要的調節作用。

在本世紀初，Freeman提出的酶“閂”理論認為厭氧環境限制酚氧化酶活性及酚類物質限制水解酶活性，穩定了泥炭地土壤碳庫。該理論是基于酸性、厭氧及低礦物質含量的泥炭環境提出，沒有考慮礦養泥炭地及水位降低泥炭地土壤碳過程，也沒有考慮氧氣、pH、礦物質及土壤營養物質等變化對酚氧化酶活性及碳庫穩定性的影響，因此，盡管該理論在泥炭地土壤碳庫穩定中有重要的作用，目前已經受到了越來越多的挑戰。同時，最近研究指出土壤中參與酚類物質氧化的酶不是指一種酚氧化酶，而是一系列氧化酶。

針對酶閂理論面臨的挑戰，中國科學院成都生物研究所陳槐研究員及團隊成員綜合近30年關于泥炭地土壤碳庫穩定機制，提出了碳“鎖”框架。在該框架中，水位變化調節泥炭地土壤的氧化還原狀態和酚類物質的氧化還原過程，進而調節土壤有機碳組分、微生物及酶活性和土壤碳庫穩定性。在有氧狀態下，大量的植物源酚類物質被氧化為醌類物質，緩解了酚類物質對土壤微生物和不同酶活性的限制，同時促進了大量微生物源復雜碳的積累，即微生物碳泵。酚類物質氧化得到的醌類物質通過離子交換、氫鍵和共價鍵等與土壤礦物質結合形成相對穩定的礦物結合有機碳復合體。該復合體結合的礦物質可進一步催化更過的酚類物質氧化。泥炭地表層有氧環境促使形成的醌類物質和礦物結合有機碳及其相互結合形成的團聚體，改變了土壤有機碳組成，穩定了泥炭地土壤碳庫。隨著泥炭地發育和泥炭積累，大量的酚類和醌類物質積累在泥炭地深層，深層厭氧的環境促使大量的醌類物質還原為酚類物質。酚類物質通過限制微生物和酶活性，減緩土壤有機碳的分解和穩定土壤碳庫，這個過程和以往的酶閂理論一致。在水位波動過程中形成的有氧厭氧過渡層，頻繁的氧化還原變化和可溶性物質轉移使得碳庫穩定過程更加復雜。水位降低增加了過渡層土壤氧化潛勢，同時導致大量的可溶性高價位的醌類物質轉移至該層，這些物質一方面與礦物質等結合形成礦物結合有機碳，另一方面酚類物質氧化也減緩了對微生物的限制，和以往的鐵門理論和微生物碳泵理論一致。水位上升降低了氧化還原層的氧化潛勢，導致酚類物質積累，進一步限制微生物代謝和水解酶的活性。因此，相比于表層有氧層和深層厭氧層，研究發現有氧厭氧過渡層含有大量的復雜有機碳和較低的微生物活性，其碳動態和有機碳穩定機制更加復雜。

我們在酶閂理論的基礎上形成了復雜碳“鎖”框架，完善泥炭地土壤碳庫穩定理論體系。在該框架中，酚類物質氧化產物-醌類物質通聚合和螯合作用（鐵門理論）及微生物同化（微生物碳泵）形成難降解化合物的“門”；同時醌類物質還原為酚類物質，抑制不同氧化酶活性（酶閂理論）。復雜物質“門”持續形成大量復雜有機碳，而酚“閂”進一步限制微生物及其各種氧化酶活性，二者共同構成泥炭碳土壤碳庫穩定的復雜碳“鎖”框架。該框架受泥炭地土壤氧化還原電位、pH值、礦物含量及養分有效性的共同調控。

上述研究成果于2025年6月以“Reconceptualizing peat carbon stabilization and preservation: from the"enzymic latch"to"intricate lock"”為題，在線發表于一區TOP期刊Science Bulletin，中國科學院成都生物研究所陳槐研究員為該論文第一作者，陳槐研究員和中國科學院大學王艷芬研究員為共同通訊，首次提出酶“閂”理論的英國班戈大學Freeman教授、中國科學院成都生物研究所劉亮鋒青年副研究員和東北師范大學王猛教授為主要參與人。該研究得到國家重點研發計劃課題（2024YFF0808703）、中國科學院國際合作基金（069GJHZ2023013GC）和國家自然科學基金（42111530125）等項目的聯合資助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2025.06.021