土壤有机质来源和转化是生态系统碳循环的核心。土壤有机质来源于动、植物和微生物残体，经过复杂的物理化学和生物转化后形成的。但是，如何区分并评价微生物来源和植物来源组分对土壤有机质形成和转化的贡献一直是难点和热点问题。本研究选取三个典型陆地生态系统（农田、森林和草地）中九种不同成土条件、理化性质的表层土壤样品，采用13C标记活性底物（葡萄糖）微域培养，利用热裂解-色谱/质谱技术，根据土壤有机质分子组分结构及13C富集动态，尝试区分土壤有机质中微生物来源和植物来源组分，评估植物和微生物对不同生态系统土壤有机质形成的作用。
　　通过将所有培养样品在590℃裂解15s后进行气相色谱/质谱分析发现，在微域培养土壤样品中一共鉴定出136个化合物，其中超过72％为13C标记的组分。由于葡萄糖是可供微生物利用的通性底物，13C标记的组分均通过利用葡萄糖的微生物代谢合成，形成微生物来源有机质，而非标记组分木质素、长链脂类化合物等为植物来源有机质。可见土壤中微生物体内周转途径和植物输入的选择性保留途径均是土壤有机质形成的主要途径。13C标记组分的相对含量显著高于非标记组分，表明微生物对有机质形成的贡献大于植物残体的存留。对于不同生态系统，农田土壤中微生物来源组分较森林和草地土壤高，而森林土壤中植物来源组分则多于草地和农田土壤，这可能与不同生境条件下凋落物输入和降解的平衡以及微生物同化的饱和效应有关。和目前常用的生物标识物方法进行对比我们发现，本研究所用热裂解色谱质谱方法评估结果与生物标识物法相近，但是应用的尺度和范围更广泛，可以针对不同生态系统或者样地条件差异较大的土壤进行比较。
　　对于两种典型农田土壤（黑土和红壤）样品，我们进一步研究了微生物来源有机质组分的周转过程。结果表明:微生物来源组分（13C标记组分）主要是碳水化合物、含氮化合物、短链脂类化合物、酚类化合物、芳香类化合物和多环芳烃类化合物等组分。随着培养的进行，土壤有机碳含量不断增加，同时微生物来源各有机质组分不断发生相对变化。碳水化合物、含氮化合物和微生物来源脂类化合物等组分的相对含量逐渐增加，而酚类化合物、芳香类化合物和多环芳烃类化合物等组分相对含量逐渐减少，表明在室内培养过程中添加活性底物可能会促进所有有机质组分积累的前提下，碳水化合物、含氮化合物和微生物来源脂类化合物等组分对土壤有机质的积累的贡献不断增加。随培养时间延长微生物来源有机质组分中新形成的部分均逐渐增加，而原有部分均有减少趋势，表明土壤中微生物来源有机质组分不断更新，其中碳水化合物和含氮化合物更新速率最高。红壤中各有机质组分的变化程度和周转速率比黑土中各组分更快，这可能与红壤中可利用碳底物数量较低以及微生物对外源碳底物的快速响应有关。
　　本研究将13C示踪技术和热裂解气相色谱质谱技术相结合，有效实现了土壤有机质分子组分来源区分，从而评估了微生物和植物对有机质形成的作用。研究也明确了微生物来源有机质组分的动态变化和周转特征，初步揭示了微生物驱动作用下土壤有机质的形成和周转的机制。本研究对于在土壤管理中采取合理的措施以促进有机质的积累，提高土壤肥力并有效缓解全球气候变化提供了理论基础。