小小微生物，固碳大能手  比植物效率高出4倍以上

　　不久前發(fā)布的一項研究，正是這種結合的一次生動(dòng)實(shí)踐。

　　清華大學(xué)地球系統科學(xué)系教授黃小猛、博士生陶鳳與美國康奈爾大學(xué)教授駱亦其組織的國際研究團隊，通過(guò)深度學(xué)科交叉，揭示了微生物碳利用效率對全球土壤有機碳儲量的決定性作用。5月24日，研究論文以“微生物碳利用效率促進(jìn)全球土壤碳儲存”為題，在線(xiàn)發(fā)表于《自然》雜志。

　　不容忽視的“小家伙”

　　碳庫，也就是地球上碳的儲存庫，可以分為大氣碳庫、海洋碳庫、巖石圈碳庫、陸地生態(tài)系統碳庫等若干部分�！捌渲�，土壤有機碳是陸地生態(tài)系統碳庫最重要的組成部分之一，含碳量約為陸地植被有機碳的4倍�！闭撐墓餐�通訊作者黃小猛介紹，“土壤有機碳在全球碳循環(huán)中扮演著(zhù)關(guān)鍵角色。其對碳的儲存能力是如此之強，以至于我們只要將其中的碳儲存量提升千分之四，便可以抵消目前人類(lèi)一年的碳排放總量�！�

　　土壤有機碳的作用如此重要，然而它究竟是如何形成并穩定儲存在土壤中的?巖石、礦物等無(wú)生命活動(dòng)的事物顯然不可能成為土壤有機質(zhì)的來(lái)源。動(dòng)物在生物圈中重量占比極低，也與有機碳儲存的“首功”無(wú)緣。因此，傳統的科研范式把樹(shù)木、灌木、草等植物作為土壤有機碳碳儲存過(guò)程中的最大“功臣”。

　　論文第一作者陶鳳介紹，傳統的科研范式以植物輸入—有機物降解為核心，將土壤有機碳的儲存分為光合作用輸入碳分配、土壤呼吸等若干過(guò)程�！叭欢�，近年來(lái)，越來(lái)越多的證據表明，依據傳統范式建立的過(guò)程模型并不能完全準確地模擬土壤有機碳總量�！碧狰P說(shuō)，“顯然，是人們忽略了一些肉眼看不見(jiàn)的‘小家伙’們�！�

　　陶鳳口中的“小家伙”，就是土壤微生物。盡管微生物在宏觀(guān)尺度上顯得好像可以忽略不計，但卻是碳循環(huán)過(guò)程中不可忽視的一支“生力軍”�！敖�年來(lái)隨著(zhù)科研范式的嬗變，將土壤微生物過(guò)程納入考慮已經(jīng)成為主流觀(guān)點(diǎn)�！秉S小猛說(shuō)。

　　撬動(dòng)改變的大因素

　　和動(dòng)植物一樣，渺小的土壤微生物并非不食人間煙火，它們也有新陳代謝，會(huì )經(jīng)歷生老病死。因此，土壤微生物既是土壤有機碳的消耗者，又是土壤有機碳的貢獻者。一個(gè)問(wèn)題也隨之而來(lái)：土壤微生物究竟是促進(jìn)了固碳，也就是貢獻了更多土壤有機碳，還是導致了碳排放，也就是消耗了更多的土壤有機碳呢?“這正是我們要弄清楚的一大問(wèn)題�！碧狰P說(shuō)。

　　黃小猛介紹，微生物碳利用效率(CUE)指的是微生物生物合成碳占微生物新陳代謝總碳的比例，是描述土壤微生物生理的重要參數。雖然微生物碳利用效率越高，越利于土壤微生物的生物合成，但是更多的生物合成最終是否可以轉化為更高的土壤有機碳儲量?在這一問(wèn)題上，人們仍不清楚。

　　“目前存在兩種結果完全相反的控制路徑，高的微生物合成既可能意味著(zhù)更多有機產(chǎn)物產(chǎn)生及微生物殘體最終保存在土壤中，同時(shí)也可能促進(jìn)微生物胞外酶的產(chǎn)生，后者將催化土壤有機質(zhì)的降解，導致土壤碳的流失�！秉S小猛說(shuō)。

　　此次研究中，研究團隊首先選定微生物碳利用效率作為變量，將描述復雜土壤碳循環(huán)的機理模型與5萬(wàn)多條土壤碳觀(guān)測數據相融合，在貝葉斯框架下確定了微生物過(guò)程對土壤有機碳儲存最可能的控制路徑�！斑@一步主要是為了弄清微生物究竟是在固碳，還是在排碳�！碧狰P解釋道，“結果表明，微生物碳利用效率與土壤有機碳儲量正相關(guān)。也就是說(shuō)，微生物確實(shí)有助于推動(dòng)固碳而非排碳，微生物在微觀(guān)新陳代謝中對生物合成較高的碳分配比例，最終轉化為宏觀(guān)尺度上更高的土壤有機碳儲量�！�

　　“只做到這一步還不夠，我們想要把研究拓展到更深的層次�！秉S小猛表示。研究團隊基于自主開(kāi)發(fā)的過(guò)程驅動(dòng)和數據驅動(dòng)融合的深度學(xué)習建模方法(PRODA)，通過(guò)人工智能技術(shù)的先進(jìn)算力和矩陣化模型構建能力，將站點(diǎn)尺度的數據模型融合結果擴展到全球尺度，獲取了涵蓋微生物碳利用效率、植物碳輸入、非微生物碳轉移效率等7種機制的空間分布格局，并定量評估了它們對全球土壤有機碳儲量和空間分布的相對貢獻。

　　“對比研究和綜合評估表明，相比于其他過(guò)程，微生物碳利用效率對土壤有機碳儲存的影響是最為關(guān)鍵的，比植物碳輸入等其他過(guò)程至少高出了4倍之多�！碧狰P表示，“這次的研究表明，小小的微生物，卻是撬動(dòng)土壤有機碳儲存的大因素!”

　　在研究團隊看來(lái)，此次研究的結論并沒(méi)有否定傳統的植樹(shù)造林等固碳手段對于土壤有機碳儲存的重要性，而是為未來(lái)科研與環(huán)保事業(yè)指出了一條更高效的新道路。雖然如此，研究團隊也坦言，在目前的技術(shù)水平下，大范圍、高效率、低成本地調控微生物碳利用效率仍需要更多的理論和實(shí)踐研究。

　　“試想一下，如果我們能采取技術(shù)手段，有效地提高全球的微生物碳利用效率，那么土壤就能存儲更多的有機碳，進(jìn)而讓冰層消融、山林野火、反常低溫等一系列由于大氣二氧化碳濃度上升導致的惡性氣候變化得到遏止�！秉S小猛表示，“此次研究表明，未來(lái)的土壤碳循環(huán)研究應對微生物給予更多關(guān)注 �！�

來(lái)源：中國高新網(wǎng)

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