中國林科院研究證實(shí)熱融湖塘化能自養(yǎng)固碳過程

熱融湖塘是因多年凍土融化而形成的典型地貌，其中的可溶性有機(jī)碳容易被微生物分解，通常視作重要的二氧化碳排放源。然而在理論上，除碳分解過程外，熱融湖塘中也可能存在微生物化能自養(yǎng)固碳過程。但是，這一過程是否存在仍缺乏直接的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，其驅(qū)動(dòng)機(jī)制亦不明確。

 

中國林科院森環(huán)森保所國家公園學(xué)科組與中國科學(xué)院植物研究所合作，采集了不同年份和季節(jié)的熱融湖塘樣品。通過室內(nèi)培養(yǎng)、放射性同位素示蹤與分子生物學(xué)技術(shù)，揭示了熱融湖塘化能自養(yǎng)固碳過程及其調(diào)控機(jī)制。首先，研究人員基于兩種不同的DOC生物培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，約三分之一的湖塘化能自養(yǎng)固碳速率大于微生物碳分解速率。其次，實(shí)驗(yàn)證實(shí)，所有湖塘中均存在化能自養(yǎng)固碳過程，且DOC積累湖塘的暗碳固定速率顯著高于DOC降解湖塘。進(jìn)一步通過功能基因qPCR，擴(kuò)增子測序和宏基因組分析結(jié)果表明，熱融湖塘化能自養(yǎng)固碳過程主要由硝化微生物通過卡爾文循環(huán)途徑實(shí)現(xiàn)。最后，通過分析硝化過程的底物濃度、基因豐度以及硝化速率等多個(gè)參數(shù)，證實(shí)硝化過程是微生物化能自養(yǎng)固碳過程的主要能量來源。該研究首次實(shí)證了熱融湖塘中廣泛存在微生物化能自養(yǎng)固碳過程，為深入理解凍土碳循環(huán)與氣候變暖的反饋關(guān)系提供了新視角。

 

相關(guān)研究成果以于2025年12月在線發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊上。中國林科院森環(huán)森保所副研究員劉富庭和中科院植物所特別研究助理康路遙為論文共同第一作者，中科院植物所研究員楊元合為通訊作者。該研究工作得到國家自然科學(xué)基金和中國林科院基金等項(xiàng)目的資助。