Page 46 - 碳中和视角下环保产业的发展研究

碳中和视角下环保产业的发展研究
Research on the Development of Environmental Protection Industry from the Perspective of Carbon Neutrality

因此，未来仍需继续破解微生物个体或群体如何通过同化代谢驱动细胞残体及土
壤有机碳积累的贡献机制。
（二）微生物自养固碳

土壤中的自养微生物是 CO 2 转化为有机碳的重要触发器，在提高有机碳库
累积中发挥关键作用。据估计自养微生物在森林、旱地和水稻表层（0~20cm）
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土壤的碳输入量可分别达到 142~194、128~174 和 536 ～ 731kg·hm ·a ，且其
固定的碳约有 74% 可以进入到腐殖质等稳定的土壤有机碳库中，对土壤稳定性
碳组分的提升具有较大潜力。土壤微生物通过还原磷酸戊糖循环（Calvin 循环）、
还原柠檬酸循环（rTCA 循环）、羟基丙酸 - 羟基丁酸循环（3‐HP/4‐HB 循环）、
二羧酸 - 羟基丁酸循环（DC/4‐HB 循环）、3‐羟基丙酸循环（3‐HP 循环）

和还原乙酰基 - 辅酶 a 途径（WL 途径）等多条固碳途径进行 CO2 同化。
近年来，基因组学的应用在固碳途径标记基因的挖掘和相关微生物类群分布
及其与固碳效率的关系研究不断突破。例如，Calvin 循环中 cbbL/cbbM 基因，
rTCA 通路中 aclA 以及 korA/B 基因，4-HB 循环中的 hcd 基因，3-HP/4-HB 循环
中 atoB 基因已被广泛作为分子标记反映固碳能力差异。土壤自养固碳效率不仅

受固碳微生物的丰度、多样性调控，还与自养微生物共生网络的生态集群高度相
关，且受到土壤水分、pH、全磷、EC 和 C:N 等非生物因素调控。虽然影响土壤
微生物固定二氧化碳能力的关键环境因子已引起关注，但是由于土壤的高度异质

性，不同生境关键固碳微生物类群以及在复杂环境中的具体作用和贡献还存在争
议，仍需进一步研究。

二、土壤微生物参与调控土壤养分循环

（一）微生物参与土壤氮素循环

氮有效性是调节农业生产的重要因素之一，土壤中氮素转化过程对土壤氮素
有效性和氮肥利用效率具有重要影响。目前，农业生态系统生物固氮（Biological
nitrogen fixation，BNF）量每年约为 50~70TgN。豆科植物和根瘤菌共生固氮是主

要来源，另一类是来源于不形成根瘤的联合固氮，此外是蓝细菌（Cyanobacteria）、
褐球固氮菌（Azotobacter chroococcum） 和梭菌（Clostridium prazmowski）参与
的自生固氮。优势固氮菌的演替是生物固氮变化的主要因素，高氮肥用量导致根
瘤菌和豆科植物之间的共生关系瓦解，抑制土壤中的生物固氮功能，而通过基因

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