微氧型亚铁氧化驱动水稻土微生物固碳能力

来源：中国科学地球科学

土壤微生物碳同化是稻田维持其生产与生态功能的重要过程。华南师范大学李晓敏教授(第一作者)和广东省生态环境技术研究所李芳柏研究员(通讯作者)等采用凝胶梯度管法和13C同位素示踪法，研究了稻田微氧亚铁氧化耦合碳同化效应，发现水稻土微氧型亚铁氧化可驱动自养型微生物的碳同化过程；这项研究揭开了稻田微氧型亚铁氧化微生物的神秘面纱，为关键带铁循环的生态功能带来了新认识。该项成果发表在《中国科学：地球科学》中、英文版上。

微生物以铁为底物赖以生长繁殖被认为是一种古老的能量代谢过程，这个过程很可能发生在24亿年前的“大氧化事件”(Great Oxidation Event)前后，并导致条带状铁矿地层(Banded Iron Formation)的形成。随着地球大气中氧气浓度的逐渐增加，直到现代这类微生物的栖息地只限于一些富铁的有氧-无氧界面，如地下水、沼泽、湿地、海洋沉积物、深海热泉等。我国稻田主要分布在长江以南，其淹水期存在多个潜在微氧区域，如水土界面、水稻根际界面等。然而关于水稻土微氧亚铁氧化耦合碳同化过程的研究很少被关注。

该项研究以红壤发育的水稻土为对象，以FeS和FeCO3为亚铁底物，采用凝胶梯度管法富集培养微氧型亚铁氧化菌，利用13C-NaHCO3为无机碳源示踪碳同化量，测定了亚铁氧化动力学和铁氧化成矿情况，并分析了微生物群落组成的变化。发现在梯度管距培养基表面0.5~1.0cm处形成微生物生长环带；碳同化量FeCO3可达1.98%，功能微生物包括Clostridium、Pseudogulbenkiania、Vogesella、Magnetospirillum、Solitalea 和Oxalicibacterium 等。

水稻土微生物驱动的微氧亚铁氧化耦合碳同化过程示意图

研究结果证实，来自红壤区水稻土的微生物可驱动微氧亚铁氧化耦合碳同化过程。虽然此过程对水稻土中含铁矿物形成和碳同化的贡献量尚未明确，但鉴于水稻土存在多个有利于微氧型亚铁氧化菌生长的区域，此过程在红壤关键带微生物驱动铁碳循环中的生态功能不可忽视。在好氧-厌氧水土界面和水稻根际界面所发生的微氧亚铁氧化过程，不仅能驱动碳循环，还能产生比表面积大、反应活性高的含铁矿物，这些矿物能对重金属等有毒有害物质的环境行为产生重要的影响。