二氧化碳四起，溫室效應(yīng)詭譎，“陸地君”憤然起身，欲救“大氣妹子”于“烏煙瘴氣”之中。為了幫助陸地君英雄救美，科學(xué)家們上下求索，探究陸地土壤固碳機(jī)理。
傳統(tǒng)共識(shí)認(rèn)為地上植被殘?bào)w進(jìn)入土壤后，土壤中的微生物挑肥揀瘦地分解利用這些外來(lái)食物，暫時(shí)消受不了的植物殘?bào)w就混入土壤中，等待慢慢被蠶食，這些相對(duì)難分解的“被微生物不斷作用過(guò)的物質(zhì)”（科學(xué)家稱“腐殖質(zhì)”）就成了土壤存儲(chǔ)碳的主要來(lái)源。
然而，隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，出現(xiàn)了越來(lái)越多的證據(jù)使一部分科學(xué)家開(kāi)始質(zhì)疑傳統(tǒng)的觀點(diǎn)，認(rèn)為土壤固碳的主力軍不是來(lái)源于植物的腐殖質(zhì)，而是分解植物殘?bào)w的微生物，他們提出微生物的組分和代謝產(chǎn)物才是土壤存儲(chǔ)碳的主要來(lái)源，這與“傳統(tǒng)派”的觀點(diǎn)大相徑庭。
就在新舊派爭(zhēng)論硝煙四起, 敢問(wèn)路在何方的時(shí)候，來(lái)自中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所的梁超研究員與美國(guó)加州大學(xué) Joshua Schimel 教授以及美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室資深科學(xué)家 Julie Jastrow 在知名刊物 Nature Microbiology 上首創(chuàng)地提出了一個(gè)化干戈為玉帛的新理論體系，巧妙地囊括了兩派觀點(diǎn)，盡管只是假設(shè)性地提出觀點(diǎn)，但該項(xiàng)理論的創(chuàng)新性足以掀起土壤碳固持機(jī)理研究的新熱潮。
該理論體系以“土壤微生物碳泵”（Soil Microbial Carbon Pump）為核心，形象生動(dòng)地表征并突出了微生物在土壤碳固存中所發(fā)揮的驅(qū)動(dòng)作用。土壤的真細(xì)菌群落作為核心勞動(dòng)力，將地上部分（莖、葉等）較容易分解的植物殘?bào)w同化為自身的組分，外源的碳就這樣被“泵”進(jìn)了土壤中，經(jīng)過(guò)一代又一代微生物的辛勤勞動(dòng)，越來(lái)越多的外來(lái)植物碳就以微生物組分和代謝產(chǎn)物的形式融入土壤里。
這些融入土壤里的微生物來(lái)源碳的部分成分，要么被一些土壤組分保護(hù)起來(lái)防止被其它微生物吃掉，要么本身不容易被其它微生物消受，進(jìn)而穩(wěn)定的存在于土壤之中，增加了土壤穩(wěn)定碳的含量。這種微生物源碳連續(xù)融入土壤并掩埋穩(wěn)定化的過(guò)程被三位科學(xué)家形象地描述為土壤微生物“續(xù)埋效應(yīng)”(Entombing Effect)。
另一方面，那些地上部分不太容易被分解的植物殘?bào)w就需要微生物費(fèi)一番功夫才能消受，這時(shí)微生物通過(guò)分泌酶來(lái)分解這些物質(zhì)，得到的易于微生物吸收的小分子物質(zhì)繼續(xù)通過(guò)微生物碳泵歷經(jīng)“續(xù)埋效應(yīng)”而融入并存儲(chǔ)于土壤中，而那些仍然無(wú)法快速被分解的植物組分就如傳統(tǒng)觀點(diǎn)敘述的那樣融入土壤。
未來(lái)，這個(gè)以“土壤微生物碳泵”為核心的土壤有機(jī)碳形成理論體系，將有助于我們通過(guò)微生物“體外修飾”和“體內(nèi)周轉(zhuǎn)”兩條途徑調(diào)控土壤有機(jī)碳化學(xué)組成，并且通過(guò)微生物“激發(fā)效應(yīng)”和“續(xù)埋效應(yīng)”調(diào)控土壤穩(wěn)定有機(jī)碳庫(kù)儲(chǔ)量。此舉對(duì)優(yōu)化我國(guó)農(nóng)田地力、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、增加氣候談判籌碼和提升國(guó)際影響力具有重要戰(zhàn)略意義。
為了防止世界被破壞，為了維護(hù)世界的和平，有了穩(wěn)定而持續(xù)的固碳能力，自然有光明的明天在等待，陸地君英雄救美的愿望也指日可待啦！
通過(guò)以上的描述，我們不難發(fā)現(xiàn)，土壤微生物碳泵是易于被微生物利用的小分子物質(zhì)融入土壤的必經(jīng)之路，因?yàn)檫@條通路主要以微生物體內(nèi)的同化作用為主，所以三位科學(xué)家將其稱為“體內(nèi)周轉(zhuǎn)”( in vivo turnover )途徑。對(duì)應(yīng)地，那些短時(shí)間內(nèi)不能經(jīng)由微生物碳泵進(jìn)行整合同化的植物殘?bào)w，通過(guò)微生物分泌酶將其分解改造的過(guò)程被形象地定義為“體外修飾”( ex vivo modification )途徑，兩條途徑巧妙地概括了外源碳在土壤中周轉(zhuǎn)的過(guò)程。
微生物同化合成的碳由土壤微生物碳泵進(jìn)入土壤并通過(guò)續(xù)埋效應(yīng)而穩(wěn)定于土壤碳庫(kù)中。碳泵連接地上部分植被和地下部土壤，其主要組成部分用陰陽(yáng)圖形象表征了碳泵的動(dòng)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，并體現(xiàn)了其動(dòng)態(tài)的驅(qū)動(dòng)者—真細(xì)菌群落。(圖/朱雪峰)
來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所