南京土壤所在典型陆地生态系统痕量气体氧化微生物固碳功能方面取得进展

　　

痕量气体如氢气（H₂）和一氧化碳（CO）氧化微生物广泛分布在土壤微生物群落中，能利用H₂和CO作为主要能源来支持微生物的生存和生长，在调节生物地球化学循环过程中起着至关重要的作用。研究表明，在贫营养土壤中，痕量气体氧化微生物在氧化过程中产生的电子可以与RuBisCO共同作用，通过CBB循环促进碳固定。然而，痕量气体氧化微生物对土壤固碳的贡献及其环境驱动因子尚不清楚，尤其是在大尺度上。

基于以上科学问题，中国科学院南京土壤研究所研究员滕应课题组分析了全国五种典型陆地生态系统土壤痕量气体氧化微生物群落结构和功能，估算了痕量气体氧化微生物对土壤固碳的贡献，并探讨了驱动这一过程的关键环境因子。依据生物地球化学和宏基因组分析结果表明，不同陆地生态系统土壤中存在系统发育和生理上不同的H₂和CO氧微生物以及化学自养的固碳微生物。土壤固碳的大尺度变化与H₂和CO氧化微生物的丰度和活性显著正相关（p < 0.05-0.001）。结构方程模型分析表明，土壤pH值和水分引起的H₂和CO氧化微生物丰度的变化解释了土壤固碳55%的变化。利用机器学习模型结合宏基因组数据估算了不同陆地生态系统中微量气体氧化微生物对土壤固碳的贡献范围为1.1%-35.0%，痕量气体氧化微生物的固碳速率范围在0.04-1.56 mg kg^-1 d^-1。该研究揭示了关键环境因子驱动土壤中痕量气体氧化微生物的固碳过程，突显了这些功能微生物对陆地碳循环不可忽视的贡献，为科学认知土壤痕量气体微生物的生态服务功能及土壤可持续管理提供科学依据。

以上研究结果已在Environmental Science& Technology期刊上作为内封面文章发表。研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、江苏省卓越博士后计划和国家科技创新领军人才计划等项目的资助。

论文链接

关键环境因子驱动的土壤痕量气体氧化微生物固碳过程与作用机制

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