岩溶峰丛洼地土壤CO2固定细菌的群落结构及固碳活性

Progress and mechanism of carbon sequestration by soil microbe now are focused under the background of climate change. CO2-fixing bacteria in soil can assimilate CO2 and manufacture soil organic carbon (SOC), which mitigates climate change to some extent. However, the dominant factors in soils regulating the community structure of CO2-fixing bacteria and their capacity to sequester carbon are not clear. In this project, the two subjects will be discussed based on the long-term trial results in Maocun Karst experimental site, Guilin. Firstly, the relationship between the community structure of CO2-fixing bacteria, their activity of sequester carbon and the soil factors, such as SOC, pH and CO2 will be analyzed and compared in epikarst and non-epikarst ecosystem. The precise soil factors in soil can be known which can affect CO2-fixing bacteria community significantly. Secondly, effects of the important factors in epikarst soil on community struture of CO2-fixing bacteria and their sequester carbon activities will be verified by using laboratory culture and stable isotope probing to explore the mechanism of action, which enriches the theory of carbon-sequestration.

土壤微生物固碳研究是当前全球气候变化下的前沿课题。CO2固定细菌能够利用土壤中的CO2 并最终转化为有机碳，在一定程度上能够减缓气候变化。然而，调控CO2固定细菌群落结构和固碳活性的主导因子依然未知。本项目以桂林毛村岩溶试验场的长期定位研究为基础，通过比较岩溶区与非岩溶区表层土壤CO2固定细菌群落与土壤有机碳、pH和CO2浓度等多种因子的关系，明确岩溶区土壤CO2固定细菌群落结构和固碳活性以及调控它们的关键因子；通过实验室培养和结合稳定同位素探针技术验证岩溶区土壤的关键因子对CO2固定细菌群落结构和固碳活性的影响，探讨固碳机理，以促进我们对岩溶区CO2固定细菌固碳过程的深入认识。

微生物在土壤有机碳的固定过程中具有重要的作用。在高钙镁、高有机碳和高pH的典型岩溶土壤（0-10cm）中，洼地的16S rRNA（细菌，含放线菌）和垭口的cbbLR基因（CO2固定细菌）丰度分别高达2.3×1010copies•g-1和4.39×108 copies•g-1，且二者的丰度在3种岩溶形态中随剖面深度的加深而降低，但细菌的多样性指数增加。因此，土壤微生物的丰度和功能活性是维持土壤碳循环的重要指标，而不是微生物的多样性；CO2并不是影响CO2固定细菌丰度的关键因子，但CO2固定细菌能够促进土壤13C同位素分馏稳定。. 岩溶天然湿地土壤有机碳等养分和理化指标、微生物生物量和土壤酶活性与稻田湿地较为接近，说明湿地的稻田利用并没有降低土壤有机碳的储量。稻田土壤的CO2固定细菌丰度最高为7.88×107 拷贝•g-1，与天然湿地和旱地之间没有显著差异，3个数据的变异系数均大于3种岩溶形态土壤中CO2固定细菌丰度的变异系数。. 与非岩溶区相比，岩溶区土壤的土壤有机碳等养分指标显著较高。在岩溶区，3种土地利用方式（稻田、玉米和柑橘园）的3个土壤酶活性（蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶）的9个指标中的7个指标均显著高于非岩溶区和混合区，土壤微生物对6碳源的利用强度要高于混和区和非岩溶区；3种土地利用方式下的土壤细菌数、放线菌数、生物量碳和微生物商均显著高于混合区和非岩溶区。统计分析显示，这些指标多数受土壤有机碳和pH等关键因子的调节。在岩溶区，柑橘园土壤的特有微生物属于酸杆菌门、γ-变形菌纲和格孢腔目，玉米地土壤特有微生物属于盘菌亚门。岩溶区3种土地利用方式土壤的cbbLG1基因丰度显著高于非岩溶区和混合区，优势的CO2固定细菌为Burkholderiales、Rhodopseudomonas、Azospirillum、Sinorhizobium fredii HH103和Rhizobiumle guminosarum bv .trifolii。. 13CO2标记4天后，土壤微生物生物量碳中的13C/C比值与对照相比有明显差异，说明土壤微生物成功固定了空气中的13CO2，含有13CO2标记DNA的DNA-CsCl溶液在离心管中分为15层，非岩溶稻田的13CO2标记峰值层和对照12CO2标记峰值层能明显区分开。表明非岩溶区稻田土壤CO2固