土壤微生物碳泵開啟陸地固碳新篇章

　　在陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的過程中，土壤微生物既通過分解代謝向大氣釋放碳，同時(shí)也通過合成代謝將碳轉(zhuǎn)化成某種形式儲(chǔ)存于土壤中。一直以來，關(guān)于微生物分解代謝的研究很多，但對(duì)微生物通過合成代謝實(shí)現(xiàn)固碳作用的關(guān)注卻較少?，F(xiàn)有研究證據(jù)表明，來源于微生物同化合成的產(chǎn)物——微生物細(xì)胞殘?bào)w是土壤穩(wěn)定有機(jī)碳庫的重要組分。因此，了解并掌握如何調(diào)控微生物來源碳對(duì)于更好發(fā)揮土壤長(zhǎng)期固碳作用并據(jù)此建立可持續(xù)管理措施具有重要意義。

　　近日，中國(guó)科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所研究員梁超與美國(guó)加州大學(xué)教授Joshua Schimel以及美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室資深科學(xué)家Julie Jastrow等三位科學(xué)家創(chuàng)建了由微生物介導(dǎo)的土壤固碳過程的新型理論體系。相關(guān)成果以The Importance of Anabolism in Microbial Control over Soil Carbon Storage為題，在期刊Nature Microbiology的Perspective欄目下發(fā)表。

　　基于梁超提出的核心觀點(diǎn)——“土壤微生物碳泵”，該理論體系首次定義了“續(xù)埋效應(yīng)”(entombing effect)，即長(zhǎng)期微生物同化過程導(dǎo)致微生物殘留物的迭代持續(xù)積累，促進(jìn)了一系列微生物殘留物在內(nèi)的有機(jī)物質(zhì)的形成，最終導(dǎo)致此類化合物穩(wěn)定于土壤中。該理論體系結(jié)合微生物兩種不同的碳代謝模式——“體外修飾”(ex vivo modification)和“體內(nèi)周轉(zhuǎn)”(in vivo turnover)，系統(tǒng)描述了土壤生態(tài)系統(tǒng)中來源于植物與微生物的碳的動(dòng)態(tài)過程，闡明土壤微生物通過體內(nèi)周轉(zhuǎn)途徑中的“碳泵”增強(qiáng)“續(xù)埋效應(yīng)”，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤碳固存的貢獻(xiàn)?；谠摾碚擉w系，研究人員首創(chuàng)了嵌套“土壤微生物碳泵”的碳氮循環(huán)概念模型。此模型對(duì)于通過調(diào)控微生物來源碳，探索使土壤長(zhǎng)期發(fā)揮固碳作用的管理措施，以及精準(zhǔn)描述和解釋微生物代謝在土壤碳固存中的重要性具有顯著的科學(xué)價(jià)值。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，針對(duì)該理論體系的深入研究可為優(yōu)化我國(guó)農(nóng)田地力、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、增加氣候談判籌碼和提升國(guó)際影響力提供嶄新的思路，具有重要戰(zhàn)略意義。此外，研究對(duì)當(dāng)前一些基礎(chǔ)生態(tài)問題提出了具有前瞻性和指導(dǎo)性的假設(shè)：微生物通過“體外修飾”和“體內(nèi)周轉(zhuǎn)”調(diào)控土壤有機(jī)碳化學(xué)組成；通過“激發(fā)效應(yīng)”和“續(xù)埋效應(yīng)”調(diào)控土壤穩(wěn)定有機(jī)碳庫儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)。

　　該研究主要得到了中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）課題、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目以及國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的支持。

　　微生物碳泵示意圖：微生物同化合成的碳由土壤微生物碳泵進(jìn)入土壤并通過續(xù)埋效應(yīng)而穩(wěn)定于土壤碳庫中。碳泵連接地上部植被和地下部土壤，其主要組成部分用陰陽圖形象表征了碳泵的動(dòng)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，并體現(xiàn)了其動(dòng)態(tài)的驅(qū)動(dòng)者真細(xì)菌群落。