土地能「吃掉」二氧化碳 靠的是這種「操作」

二氧化碳四起，溫室效應詭譎，「陸地君」憤然起身，欲救「大氣妹子」於「烏煙瘴氣」之中。為了幫助陸地君英雄救美，科學家們上下求索，探究陸地土壤固碳機理。

傳統共識認為地上植被殘體進入土壤後，土壤中的微生物挑肥揀瘦地分解利用這些外來食物，暫時消受不了的植物殘體就混入土壤中，等待慢慢被蠶食，這些相對難分解的「被微生物不斷作用過的物質」（科學家稱「腐殖質」）就成了土壤存儲碳的主要來源。

然而，隨著科學技術日新月異的發展，出現了越來越多的證據使一部分科學家開始質疑傳統的觀點，認為土壤固碳的主力軍不是來源於植物的腐殖質，而是分解植物殘體的微生物，他們提出微生物的組分和代謝產物才是土壤存儲碳的主要來源，這與「傳統派」的觀點大相徑庭。

就在新舊派爭論硝煙四起, 敢問路在何方的時候，來自中國科學院瀋陽應用生態研究所的梁超研究員與美國加州大學 Joshua Schimel 教授以及美國阿貢國家實驗室資深科學家 Julie Jastrow 在知名刊物 Nature Microbiology 上首創地提出了一個化干戈為玉帛的新理論體系，巧妙地囊括了兩派觀點，儘管只是假設性地提出觀點，但該項理論的創新性足以掀起土壤碳固持機理研究的新熱潮。

該理論體系以「土壤微生物碳泵」（Soil Microbial Carbon Pump）為核心，形象生動地表徵並突出了微生物在土壤碳固存中所發揮的驅動作用。土壤的真細菌群落作為核心勞動力，將地上部分（莖、葉等）較容易分解的植物殘體同化為自身的組分，外源的碳就這樣被「泵」進了土壤中，經過一代又一代微生物的辛勤勞動，越來越多的外來植物碳就以微生物組分和代謝產物的形式融入土壤里。

這些融入土壤里的微生物來源碳的部分成分，要麼被一些土壤組分保護起來防止被其它微生物吃掉，要麼本身不容易被其它微生物消受，進而穩定的存在於土壤之中，增加了土壤穩定碳的含量。這種微生物源碳連續融入土壤並掩埋穩定化的過程被三位科學家形象地描述為土壤微生物「續埋效應」(Entombing Effect)。

另一方面，那些地上部分不太容易被分解的植物殘體就需要微生物費一番功夫才能消受，這時微生物通過分泌酶來分解這些物質，得到的易於微生物吸收的小分子物質繼續通過微生物碳泵歷經「續埋效應」而融入並存儲於土壤中，而那些仍然無法快速被分解的植物組分就如傳統觀點敘述的那樣融入土壤。

未來，這個以「土壤微生物碳泵」為核心的土壤有機碳形成理論體系，將有助於我們通過微生物「體外修飾」和「體內周轉」兩條途徑調控土壤有機碳化學組成，並且通過微生物「激發效應」和「續埋效應」調控土壤穩定有機碳庫儲量。此舉對優化我國農田地力、發展低碳經濟、增加氣候談判籌碼和提升國際影響力具有重要戰略意義。

為了防止世界被破壞，為了維護世界的和平，有了穩定而持續的固碳能力，自然有光明的明天在等待，陸地君英雄救美的願望也指日可待啦！

通過以上的描述，我們不難發現，土壤微生物碳泵是易於被微生物利用的小分子物質融入土壤的必經之路，因為這條通路主要以微生物體內的同化作用為主，所以三位科學家將其稱為「體內周轉」( in vivo turnover )途徑。對應地，那些短時間內不能經由微生物碳泵進行整合同化的植物殘體，通過微生物分泌酶將其分解改造的過程被形象地定義為「體外修飾」( ex vivo modification )途徑，兩條途徑巧妙地概括了外源碳在土壤中周轉的過程。

微生物同化合成的碳由土壤微生物碳泵進入土壤並通過續埋效應而穩定於土壤碳庫中。碳泵連接地上部分植被和地下部土壤，其主要組成部分用陰陽圖形象表徵了碳泵的動態運轉，並體現了其動態的驅動者—真細菌群落。(圖/朱雪峰)

作者：朱雪峰

來源：中國科學院瀋陽應用生態研究所

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