土壤微生物碳周轉(zhuǎn)是驅(qū)動(dòng)土壤固碳的核心過(guò)程,其關(guān)鍵在于微生物殘?bào)w的持續(xù)積累,這一過(guò)程受水分、養(yǎng)分等環(huán)境因子的調(diào)控。作為調(diào)控微生物死亡與代謝轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵因素,土壤病毒正成為生態(tài)學(xué)研究的前沿?zé)狳c(diǎn)。病毒是土壤中數(shù)量最為龐大的生物類群。一方面,它們通過(guò)“病毒分流”機(jī)制裂解宿主細(xì)胞,將微生物碳轉(zhuǎn)化為溶解性有機(jī)質(zhì)和殘?bào)w碳庫(kù);另一方面,病毒攜帶的輔助代謝基因(AMGs)可重新編程宿主代謝,從而深刻影響土壤碳循環(huán)。這些功能使病毒成為土壤碳循環(huán)中長(zhǎng)期被低估的核心驅(qū)動(dòng)力。
針對(duì)上述科學(xué)問(wèn)題,中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所梁小龍研究團(tuán)隊(duì)以東北黑土農(nóng)田為對(duì)象,開展了不同有機(jī)物料添加與水分調(diào)控下的盆栽培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。借助宏基因組測(cè)序技術(shù)和病毒組分析,團(tuán)隊(duì)首次揭示了碳源與水分協(xié)同作用下,病毒—微生物互作對(duì)土壤碳累積的調(diào)控機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)裂解性病毒比例與微生物殘?bào)w碳、土壤有機(jī)碳含量呈正相關(guān),是驅(qū)動(dòng)土壤碳穩(wěn)定的關(guān)鍵途徑。同時(shí),病毒攜帶的功能基因可潛在調(diào)控宿主代謝,增強(qiáng)碳固定與有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化效率,與病毒的裂解作用協(xié)同提升土壤碳固持能力。不同有機(jī)物料展現(xiàn)出差異化固碳路徑:秸稈在中低水分條件下,碳固定基因顯著富集,增強(qiáng)宿主碳同化能力,借助病毒通路實(shí)現(xiàn)高效固碳;生物炭以物理穩(wěn)定為主,受水分影響較小;牛糞在不同水分梯度下均能穩(wěn)定提升有機(jī)碳含量。
該研究首次將病毒生態(tài)學(xué)納入土壤微生物碳泵框架,提出了病毒介導(dǎo)的土壤碳固存模型,明確了土壤病毒在土壤碳循環(huán)中的關(guān)鍵生態(tài)功能。研究成果不僅揭示了病毒調(diào)控土壤固碳關(guān)鍵機(jī)制,也明確了土壤固碳過(guò)程關(guān)鍵限制因子,為提升農(nóng)田土壤碳匯能力提供了科學(xué)可行的管理依據(jù)。相關(guān)研究成果以“Soil viruses are associated with microbial necromass accrual through lysis and metabolic reprogramming under amendment-moisture interactions”為題,發(fā)表在《Environmental Technology & Innovation》期刊。中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所碩士研究生王芷瑤為第一作者,梁小龍研究員、王永峰副研究員為共同通訊作者。該研究得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金資助。
論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.eti.2026.104951

圖1?病毒生命策略及其與土壤碳庫(kù)的相關(guān)關(guān)系

圖2?不同處理下土壤病毒輔助代謝功能基因豐度

圖3?土壤病毒介導(dǎo)的微生物碳泵概念模型




