揭示土壤微生物固碳“深度”差异

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近日，中科院亚热带农业生态所研究员吴金水团队对土壤自养微生物的固碳过程研究取得新进展，发现随土壤深浅变化，固碳效果存在显著差异，并且随着表层碳向下传输，还可能诱导底部土壤产生固碳连锁反应。相关成果在国际期刊《应用微生物学与生物技术》（Applied microbiology and biotechnology）上发表，深化了学界对土壤微生物光合同化碳的生物地球化学过程机理的认识。

过去人们通常认为，土壤固碳主要依赖植物的光合作用，微生物因参与有机质降解促进了二氧化碳的释放而非固定。可固碳的自养型微生物主要分布在海洋、湖泊等水生生态系统。这一认识近年来正在改变。科学家发现，以光为能源、二氧化碳为碳源的光能自养微生物，和以化学能为能源、以二氧化碳为碳源的化能自养微生物，在土壤中也大量存在。这为寻找“迷失的碳”提供了新的线索，但其在土壤中的具体固碳过程和贡献尚有待研究。

吴金水团队在前期对土壤微生物的固碳功能及其种群结构的研究基础上，运用同位素连续标记技术结合分子生物学技术，对土壤自养微生物光合同化碳的层次分布与传输展开了进一步研究。研究发现，土壤固碳量随深度增加而显著减少。尤其在第三层5至17厘米的底层土壤，有近1/4的土壤未检测到碳14的存在，表明土壤微生物的光合固碳作用只发生在表层土壤。研究人员指出，这可能与仅土壤表层很薄的一层能接受光能的原因有关，不过，由于表层同化碳可向土壤下部传输，这可能为底层的化能自养微生物提供碳源和电子供体，从而诱导后者参与碳同化过程。

研究人员还发现，控制土壤碳同化的关键酶的活性、关键功能基因的数量均随着土壤深度的增加而显著减少，并且稻田土壤的酶活性和功能基因数量也显著大于旱地土壤。