土壤水分调控青藏高原高寒泥炭地微生物特性与有机碳代谢的机制研究

针对全球气候变化下泥炭地碳平衡破坏问题，研究人员通过野外调查、室内培养和宏基因组学技术，揭示了土壤水分通过改变微生物代谢商(qCO2)、微生物残体碳(MRC)及功能基因表达调控碳循环的机制，为高寒泥炭地碳汇管理提供理论依据。

　　

在全球气候变化背景下，泥炭地作为重要的碳汇正面临干旱威胁。联合国2022年全球泥炭地评估报告指出，泥炭地储存了全球21-47%的土壤碳，但水位下降可能导致其从碳汇转为碳源。青藏高原高寒泥炭地作为亚洲典型生态系统，其碳循环机制尚未明确，特别是微生物功能基因如何响应水分变化并影响碳代谢仍待探索。

中国西华师范大学西南野生动植物资源保护教育部重点实验室的研究团队在《Scientific Reports》发表研究，通过水分梯度样地调查（水富集湿地WR、缺水湿地WS、干旱湿地D）、静态碱吸收法测定土壤呼吸、熏蒸提取法分析微生物生物量碳(MBC)，结合宏基因组测序技术，揭示了水分-微生物-碳代谢的联动机制。关键技术包括：1）基于土壤含水量梯度划分12个样地；2）7天预培养后测定qCO₂和Cmic:Corg（微生物生物量碳与有机碳比值）；3）氨基糖法量化MRC；4）DIAMOND比对KEGG数据库注释碳降解基因。

水分对泥炭地MRC和代谢商的影响
研究发现干旱显著提高qCO₂（WR: 0.08 → WS: 0.12 mg C-CO₂ g^-1 h^-1），真菌MRC占比超细菌（图S2），且与土壤碳含量呈正相关（R²>0.6）。

微生物群落响应机制
水分变化主要影响细菌（如酸杆菌门、芽单胞菌门），而对真菌（子囊菌门为主）和古菌影响较小（图5）。放线菌门与qCO₂呈强负相关（RDA分析，p<0.05），而Candidatus_R则呈正相关。

功能基因调控途径
qCO₂与单糖/半纤维素降解基因（如glgB、rpiB）负相关，Cmic:Corg与纤维素/木质素降解基因正相关（图7）。关键通路涉及ABC转运体和糖酵解（图8），其中GMPP基因通过调控GDP-甘露糖焦磷酸化酶影响碳代谢。

该研究首次阐明水分通过微生物功能基因重构驱动泥炭地碳代谢的微观机制，提出改善水分条件可降低qCO₂并提升MRC积累，为高寒生态系统碳汇功能维护提供新策略。未来需加强野外长期观测以验证室内实验结果，并进一步解析酶活性在碳降解中的直接作用。