Page 45 - 碳中和视角下环保产业的发展研究

第二章 土壤污染与微生物修复技术

第三节 土壤微生物对土壤健康的影响

一、土壤微生物参与调控土壤碳循环

（一）微生物参与土壤有机碳的分解损失与同化固存
土壤中丰富的有机碳是土壤健康的重要指标和保证，土壤微生物通过调控

有机碳的同化与矿化分解影响土壤净碳平衡。土壤胞外酶是土壤微生物介导土壤
有机碳矿化的主要方式，土壤中微生物来源的酶对土壤有机底物催化分解产生的
CO2 高达土壤呼吸的 1/2。微生物生长环境与自身的化学计量不平衡匹配是土壤
胞外酶驱动碳分解的主要因素，例如氮素施用通过调节胞外酶活性（Extracellular

enzyme activity，EEA）影响土壤有机碳（Soil organic carbon，SOC）分解速率。
此外，微生物个体的生理及群体生态特征直接调控整个群落的功能性状，进而影
响土壤碳矿化。土壤微生物碳泵理论指出，微生物通过胞外酶“体外修饰”不断

将不易利用的有机底物剪切为小分子易吸收利用的底物后，继续通过“体内周
转”使微生物残留物迭代持续积累，促进一系列包括微生物死亡残体和部分代谢
产物在内的有机物质的形成，最终导致此类化合物稳定于土壤中形成微生物的
“续埋效应”（Entombing Effect）。有研究表明微生物的“续埋效应”对土壤

有机碳贡献率高达 50% ～ 80%。微生物残体对有机碳库的潜在贡献受微生物群
体的主导地位调控，其中真菌残体对土壤有机碳的贡献（30.0%）高于细菌残体
（15.5%）。微生物残体的产生受三个生理性状控制：微生物生长速率（Microbial

growth rate，MGR）、微生物碳利用效率（Carbon use efficiency，CUE）以及微
生物生物量周转率（Microbial biomass turnover rate，MTR）。有研究表明，气候
变化、农业管理措施等因素引起的 SOC 的变化均与 CUE 有关。微生物的多样性
以及组成则是影响土壤微生物 CUE 的关键因子，更多样化的群落具有更高的碳

利用效率，同时受微生物个体代谢途径及活性差异影响，土壤微生物群落组成、
CUE 及 SOC 之间也存在显著相关性。
在农业土壤中，革兰氏阳性（G+）和革兰氏阴性（G-）细菌群体使用不同

的途径来代谢葡萄糖，进而导致不同 CUE。但是，目前微生物类群对 CUE 及
SOC 的贡献仍然存在争议，例如有研究表明以真菌为主的微生物群落具有相对
较高的 CUE 和 SOC，然而也有研究表明微生物群落的差异对 CUE 的影响不大。

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