森环森保所阐明了青藏高原热融湖塘化能自养固碳过程及其调控机制
文章导读
你是否以为冻土融化只会释放二氧化碳？青藏高原的热融湖塘正颠覆这一认知。研究首次证实，这些湖泊中普遍存在微生物通过化能自养进行固碳的过程，部分湖塘甚至实现可溶性有机碳的净积累。借助同位素示踪与基因分析，科学家揭示了硝化微生物主导的卡尔文循环是这一过程的核心机制，且硝化作用为其提供关键能量来源。这项发表于《Nature Communications》的研究，打破了“热融湖塘仅为碳源”的传统观点，为理解冻土碳循环与气候变暖的复杂反馈提供了全新视角。
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图：青藏高原热融湖塘化能自养固碳过程及其驱动机制
热融湖塘是因多年冻土融化而形成的典型地貌，约占冻土区总面积的7%，在冻土碳循环中扮演关键角色。传统观点认为，热融湖塘中可溶性有机碳（DOC）容易被微生物分解，通常视作重要的二氧化碳（CO₂）排放源。然而理论上，除碳分解过程外，热融湖塘中也可能存在微生物化能自养固碳过程。但是，这一过程是否存在仍缺乏直接的实验证据，其驱动机制亦不明确。
森环森保所国家公园学科组刘富庭副研究员与中国科学院植物研究所杨元合研究组合作，沿青藏高原约1100公里的冻土样带，采集了不同年份（2020年和2024年）和季节（春、夏、秋）的热融湖塘样品。通过室内培养、放射性同位素示踪与分子生物学技术，揭示了热融湖塘化能自养固碳过程及其调控机制。首先，研究人员基于两种不同的DOC生物培养实验（DOC浓度差减法和CO2气体测量法）发现，约三分之一的湖塘化能自养固碳速率大于微生物碳分解速率，导致DOC净积累。其次，利用14C标记的放射性同位素示踪实验证实，所有湖塘中均存在化能自养固碳过程，且DOC积累湖塘的暗碳固定速率显著高于DOC降解湖塘。进一步地，基于功能基因qPCR，扩增子测序和宏基因组分析结果表明，热融湖塘化能自养固碳过程主要由硝化微生物通过卡尔文循环途径实现。最后，通过分析硝化过程的底物浓度、基因丰度以及硝化速率（15N示踪法分析测定）等多个参数，证实硝化过程是微生物化能自养固碳过程的主要能量来源。该研究首次实证了热融湖塘中广泛存在微生物化能自养固碳过程，拓展了“热融湖塘以微生物碳降解过程为主”的传统认知，为深入理解冻土碳循环与气候变暖的反馈关系提供了新视角。
相关研究成果以“Chemoautotrophic carbon fixation in thermokarst lakes on the Tibetan Plateau”为题，于2025年12月在线发表于国际学术期刊《Nature Communications》（一区，IF=15.7）。中国林科院森环森保所副研究员刘富庭和中科院植物所特别研究助理康路遥为论文共同第一作者，杨元合研究员为通讯作者。该研究工作得到国家自然科学基金（32571870）和院基金（CAFYBB2023QA004）等项目的资助。
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这个研究挺有意思的，原来热融湖塘还能固碳，之前一直以为是净排放源。