由中科院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所副所長（主持工作）吳金水研究員領(lǐng)銜的農(nóng)業(yè)生態(tài)過程方向研究團隊近日在土壤自養(yǎng)微生物固碳潛力及其功能種群研究方面取得了一系列重要進展。
自養(yǎng)微生物在農(nóng)田土壤中廣泛存在，能通過多種生物固碳途徑同化大氣CO2，然而，目前土壤自養(yǎng)微生物的CO2同化功能尚未納入到農(nóng)田土壤循環(huán)過程中。研究人員利用14C連續(xù)標記技術(shù)，結(jié)合密閉系統(tǒng)培養(yǎng)土壤開展工作，無論是80d還是110d的培養(yǎng)期，在光照處理下，農(nóng)田土壤微生物均具有可觀的CO2同化能力，據(jù)估算，他們的CO2日同化速率在0.01-0.1g Cm？2之間。如果推算到全球陸地生態(tài)系統(tǒng)，理想狀態(tài)下，全球陸地生態(tài)系統(tǒng)土壤微生物的年碳同化量在0.3-3.7Pg。然而，遮光處理的土壤，其微生物的碳同化功能被完全抑制了。該項工作發(fā)表在國際著名地學(xué)期刊Geochimica et Cosmochimica Acta（2013, 113: 70-78）。
同時，研究人員運用克隆文庫、T-RFLP及定量PCR等分子生物學(xué)方法，從土壤微生物數(shù)量及其碳同化功能種群結(jié)構(gòu)和多樣性兩方面來揭示土壤微生物的碳同化機理。結(jié)果表明，農(nóng)田土壤固碳細菌、藍細菌和藻類cbbL基因拷貝數(shù)分別：0.04―1.3×108，0.2―1.9×106，和0.02―1.8×106 copies g–1 soil。固碳細菌基因數(shù)量顯著大于藻類。遮光后，固碳微生物豐度顯著下降。農(nóng)田土壤固碳功能種群包括固碳細菌和藻類，其中固碳細菌的主要優(yōu)勢種群為兼性自養(yǎng)菌，而藻類以黃藻和硅藻居主導(dǎo)地位。該項成果發(fā)表美國微生物學(xué)會主辦的雜志Applied and Environmental Microbiology（2012, 78: 2328-2336）。
另外，研究人員還發(fā)現(xiàn)在田間條件下，稻田土壤中也存在相當數(shù)量的細菌cbbL基因拷貝數(shù)及較高的RubisCO酶活性。根據(jù)酶活性估算，年碳同化量在100-450kg/ha之間，這與室內(nèi)14C-CO2連續(xù)標記培養(yǎng)實驗得出的碳同化量相當，這為研究人員估算田間條件下，土壤自養(yǎng)微生物的CO2同化速率提供了可能性（Applied Microbiology and Biotechnology.2012,95:1061-1071），同時建立了土壤碳同化關(guān)鍵酶RubisCO酶活性測定方法，并申請了國家發(fā)明專利（專利號：ZL 2011 1 0036309.2）；還探討了自養(yǎng)微生物同化碳在土壤碳庫中的礦化與分解動態(tài)，以及自養(yǎng)微生物同化碳的輸入對土壤微生物生物量碳周轉(zhuǎn)的貢獻等（Soil Biology and Biochemistry, 2012, 48: 39-49）。
這些研究結(jié)果改變了土壤微生物在陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)中僅擔負有機質(zhì)分解、礦化功能的長期認識，豐富了土壤微生物的基本功能和陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過程，同時也為尋找迷失的碳匯提供了一條線索。
這一系列工作得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項、中國科學(xué)院、國家外國專家局創(chuàng)新團隊國際合作伙伴計劃等的支持。
自養(yǎng)微生物同化碳的輸入及其在活性碳庫（MBC、DOC）中的分配及含量特征
發(fā)明專利：土壤微生物固碳酶提取的方法，2012，專利號：ZL 2011 1 0036309.2