气候变化背景下，全球大气CO₂浓度升高会影响光合碳由植物向土壤中的分配和转移，微生物在这一过程中发挥重要作用。不同的农业氮肥施用管理措施会通过调控微生物的底物利用策略最终影响作物光合碳在土壤中的截获。然而，在不同施氮水平下，细菌群落如何响应CO₂浓度升高并介导光合碳的地下分配的机制仍不清楚。

“黑土粮仓”科技会战土壤有机质衰减阻控团队利用碳稳定同位素技术，通过对春小麦进行连续¹³CO₂标记，示踪¹³C在小麦-土壤系统的分配和转运，并结合16S rRNA基因扩增子测序技术研究在农田系统不同CO₂浓度、不同施氮水平下，细菌群落在CO₂浓度升高条件下的响应策略及介导光合碳向地下分配的机制，为旱地农田土壤有机碳的提升和综合管理奠定基础。

研究结果表明，与常规CO₂相比，在低量施氮时，绿弯菌门和硝化螺旋杆菌门的相对丰度在高CO₂下显著增加，而在高量施氮时拟杆菌门的相对丰度在高CO₂下显著增加。在CO₂浓度升高条件下，随着可利用氮的增加，细菌群落的响应由寡营养类型转变为富营养类型，这与根的生物量和可分解性密切相关。细菌网络中的关键物种可能会影响这些细菌门对碳氮可利用性的响应。

具体来看，施氮不足时，CO₂浓度升高导致氮限制增强，同时植物根可分解性降低，糖化细菌门、绿弯菌门和硝化螺旋杆菌门作为关键物种首先响应。这些寡营养细菌通过分解难分解底物为其他细菌提供碳源和能量，然后驱动群落中其他参与氮转化相关过程的微生物响应增强，共同缓解氮限制，因此光合碳的转运效率提高。而氮充足时，CO₂浓度升高下富营养菌作为关键物种并刺激群落中的其他富营养细菌响应增强。这些富营养菌偏好利用植物来源相对易分解的光合碳，因此光合碳的转运效率降低。CO₂浓度升高对细菌介导的土壤光合碳截获及其效率的影响与氮可利用性有关。因此，CO₂浓度升高条件下，通过氮肥管理能够调控微生物的底物利用策略并最终影响光合碳在土壤中的截获。

本研究突出强调了微生物的响应策略及其特定的功能与土壤碳过程的偶联，揭示了CO₂浓度升高条件下细菌群落在调控碳氮化学计量方面的功能特征和机制。

图1 不同施氮水平下细菌群落介导光合碳转运效率和截获机制

相关研究发表在国际土壤学权威期刊Soil Biology and Biochemistry上。中科院沈阳应用生态研究所的贾卫娜、郑甜甜为共同第一作者，何红波研究员和梁超研究员为共同通讯作者。该研究得到了中国科学院战略性先导科技专项（XDA28080201）等资助。

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071723000834