江西鹰潭农田生态系统国家野外科学观测研究站
新闻公告鹰潭红壤站在痕量气体暴露刺激土壤生态系统初级生产者生长与活性方面取得进展
作者: 鹰潭站 更新时间: 2025-07-31
痕量气体氧化微生物广泛分布于土壤微生物群落中，能够利用痕量气体作为主要能源支持其生存和增殖，在调控生物地球化学循环中发挥着不可替代的关键作用。作为一种典型的痕量气体，一氧化碳（CO）尽管对许多需氧生物具有较强的毒性，但自地球早期以来，它始终是微生物群落重要且持久的能源和碳源。随着工业化进程加快，大气中CO排放持续增加，导致许多城市及自然生态环境中的CO浓度显著升高。然而，环境相关浓度下CO对土壤微生物群落的具体作用机制及影响效果，仍然缺乏系统深入的认识，尤其是在其是否发挥刺激还是抑制作用方面尚不清楚。针对上述科学问题，中国科学院南京土壤研究所滕应研究员课题组采集了我国14个典型生态系统（农业、森林、湿地、草原及沙漠等）土壤样本，构建了涵盖环境相关CO浓度（0-1000 ppmv）暴露的模拟微环境体系。通过结合16S rRNA扩增子测序、宏基因组测序和碳同位素标记技术，系统揭示了CO暴露对土壤微生物群落结构和代谢功能的调控作用，首次明确了陆地生态系统中CO氧化微生物作为碳循环新兴关键参与者的生态意义。
研究结果表明，土壤中存在丰富且多样的CO氧化微生物群体，既包括依赖痕量CO实现能量获取的氧化碳异养菌，也涵盖在较高CO浓度下依靠CO进行营养生长的兼性自养菌。这些微生物对CO浓度的微小变化极为敏感（低至1 ppmv），从而显著增强了土壤的CO吸收能力，凸显了土壤作为重要CO汇的生态功能。更重要的是，CO暴露并未显著改变土壤的理化性质、微生物丰度及多样性，反而促进了Bradyrhizobium和Pseudonocardiaceae等关键CO营养微生物的增殖，其生长速度及碳固定活性显著提升，进一步佐证了CO营养微生物在多种生态系统土壤中促进碳循环的重要作用。基于上述研究成果，推测自然及人为源源不断增加的CO排放，有望通过促进兼性CO营养微生物的生长与活性，有效调节大气CO浓度，减缓其毒性效应及温室效应，同时提升土壤化能初级生产力。该研究深化了对痕量气体在土壤生态系统中功能的认识，凸显了CO氧化微生物在调控大气CO浓度及促进土壤化能初级生产力中的重要作用，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。
相关研究成果已发表在Environmental Science & Technology期刊上。研究工作得到了国家自然科学基金（41671327, 41991330和42130718）、国家重点研发计划（2019YFC1803705）、江苏省卓越博士后计划（2022ZB465）和国家科技创新领军人才计划（SQ2022RA24910167）等项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.5c02881
