Enzymes, Manganese, or Iron? Drivers of Oxidative Organic Matter Decomposition in Soils

化学 环境化学 土壤水分 氧化酶 氧化磷酸化 非生物成分 有机质 分解 活性氧 生物化学 生态学 生物 有机化学
作者
Morris E. Jones,Rachelle LaCroix,Jacob Zeigler,Samantha C. Ying,Peter Nico,Marco Keiluweit
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:54 (21): 14114-14123 被引量:109
标识
DOI:10.1021/acs.est.0c04212
摘要

Oxidative decomposition of soil organic matter determines the proportion of carbon that is either stored or emitted to the atmosphere as CO2. Full conversion of organic matter to CO2 requires oxidative mechanisms that depolymerize complex molecules into smaller, soluble monomers that can be respired by microbes. Current models attribute oxidative depolymerization largely to the activity of extracellular enzymes. Here we show that reactive manganese (Mn) and iron (Fe) intermediates, rather than other measured soil characteristics, best predict oxidative activity in temperate forest soils. Combining bioassays, spectroscopy, and wet-chemical analysis, we found that oxidative activity in surface litters was most significantly correlated to the abundance of reactive Mn(III) species. In contrast, oxidative activity in underlying mineral soils was most significantly correlated to the abundance of reactive Fe(II/III) species. Positive controls showed that both Mn(III) and Fe(II/III) species are equally potent in generating oxidative activity, but imply conventional bioassays have a systematic bias toward Fe. Combined, our results highlight the coupled biotic-abiotic nature of oxidative mechanisms, with Mn-mediated oxidation dominating within Mn-rich organic soils and Fe-mediated oxidation dominating Fe-rich mineral soils. These findings suggest microbes rely on different oxidative strategies depending on the relative availability of Fe and Mn in a given soil environment.
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