北京
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科技日报记者 杨仑
土壤微生物碳周转是驱动全球土壤固碳的核心过程。针对长期被低估的土壤病毒在微观碳循环中的核心驱动力问题，中国科学院沈阳应用生态研究所梁小龙研究团队首次将病毒生态学纳入土壤微生物碳泵理论框架。该团队依托宏基因组测序技术，系统揭示了碳源与水分协同作用下，土壤病毒通过裂解作用与代谢重编程调控微生物碳周转的物理与生物化学机制。相关成果近日发表于国际学术期刊《环境技术与创新》上。
土壤固碳的关键在于微生物残体的持续积累。作为土壤中丰度最高的生物类群，病毒参与碳循环的核心路径主要包含两个维度：其一，通过病毒分流机制裂解宿主细胞，迫使微生物碳向溶解性有机质与残体碳库转化；其二，病毒携带的辅助代谢基因可直接重编程宿主代谢网络，从底层改变土壤碳的转化轨迹。
为量化上述机制，梁小龙团队以东北黑土农田为实验对象，设置了跨越不同有机物料与水分梯度的盆栽控制实验。病毒组分析数据证实，裂解性病毒的相对比例与微生物残体碳及土壤总有机碳含量呈显著正相关，确立了其作为驱动土壤碳稳定关键途径的学术依据。同时，病毒携带的功能基因有效增强了宿主细胞的碳固定与有机质转化效率，实现了与病毒裂解作用的固碳协同增效。
在应用层面，该研究探明了不同有机物料干预下的差异化固碳微观路径。数据表明，添加秸秆在中低水分条件下能显著富集碳固定基因，强化宿主碳同化能力并依托病毒通路实现高效固碳；生物炭的固碳效应则主要依赖其物理结构稳定性，受水分梯度变化的干预较小；而牛粪物料在各类水分条件下均具备稳定提升总有机碳含量的能力。
此项研究首次明确了土壤病毒在碳循环中的关键生态功能，前瞻性地提出了病毒介导的土壤碳固存理论模型。该模型从基因与微观生态层面揭示了黑土地固碳的核心限制因子，为制定精确的农田土壤碳汇提升策略提供了底层科学依据。
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