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》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。
更多阅读《应用微生物学与生物技术》发表论文摘要

研究揭示土壤微生物固碳“深度”差异
近日,中科院亚热带农业生态所研究员吴金水团队发现,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。该研究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,相关成果在《应用微生物学与生物技术》上发表。过去人们通常认为,土壤固碳主要依赖植物光合作用,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。近年来,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,在土壤中大量存在。这为寻找迷失的碳提供了新线索,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土壤深度的增加而显著减少,稻田土壤的酶活性和功能基因数量也显著大于旱地土壤。

由中国科学院亚热带农业生态研究所研究员吴金水领衔的农业生态过程方向研究团队近日在不同自然生态土壤(林地、湿地、草原等)微生物固碳速率及其固碳功能微生物丰度和多样性研究方面取得了新进展。

土壤微生物可以通过多条固碳途径进行CO2同化,其中,卡尔文循环是光能自养生物与化能自养生物同化CO2的主要途径,在调节大气CO2浓度中发挥着重要的作用。在整个陆地生态系统中,农田生态系统只占全球陆地面积的10%左右,余下的90%面积分布着森林、草原、荒漠和湿地等不同类型的自然生态系统。由于某些自然生态系统其土壤环境的特殊性,植物无法生长,这些土壤中自养微生物固碳对整个生态系统碳循环的影响可能与农田生态系统不同。因此,研究自然生态系统土壤自养微生物的CO2同化功能对于完善碳循环理论具有重要意义。

基于此,该团队在前期农田土壤微生物潜力及其功能种群研究的基础上,选取了三种不同生态系统的自然土壤(湿地、林地和草原生态系统),通过整合14C同位素标记技术和微生物分子生态学技术(克隆文库、T-RFLP及定量PCR),量化了上述三种自然土壤的固碳速率,同时探讨了其固碳功能微生物的种群结构、数量与多样性及其对不同土壤的响应与反馈机制。结果表明,这三个自然生态系统的土壤微生物的CO2固定能力不同,15天的碳同化量为10.3

相关文章