在陆地生态系统碳循环的过程中，土壤微生物既通过分解代谢向大气释放碳，同时也通过合成代谢将碳转化成某种形式储存于土壤中。一直以来，关于微生物分解代谢的研究很多，但对微生物通过合成代谢实现固碳作用的关注却较少。现有研究证据表明，来源于微生物同化合成的产物——微生物细胞残体是土壤稳定有机碳库的重要组分。因此，了解并掌握如何调控微生物来源碳对于更好发挥土壤长期固碳作用并据此建立可持续管理措施具有重要意义。
近日，中国科学院沈阳应用生态研究所研究员梁超与美国加州大学教授Joshua Schimel以及美国阿贡国家实验室资深科学家Julie Jastrow等三位科学家创建了由微生物介导的土壤固碳过程的新型理论体系。相关成果以The Importance of Anabolism in Microbial Control over Soil Carbon Storage为题，在期刊Nature Microbiology的Perspective栏目下发表。
基于梁超提出的核心观点——“土壤微生物碳泵”，该理论体系首次定义了“续埋效应”(entombing effect)，即长期微生物同化过程导致微生物残留物的迭代持续积累，促进了一系列微生物残留物在内的有机物质的形成，最终导致此类化合物稳定于土壤中。该理论体系结合微生物两种不同的碳代谢模式——“体外修饰”(ex vivomodification)和“体内周转”(in vivo turnover)，系统描述了土壤生态系统中来源于植物与微生物的碳的动态过程，阐明土壤微生物通过体内周转途径中的“碳泵”增强“续埋效应”，从而实现对土壤碳固存的贡献。基于该理论体系，研究人员首创了嵌套“土壤微生物碳泵”的碳氮循环概念模型。此模型对于通过调控微生物来源碳，探索使土壤长期发挥固碳作用的管理措施，以及精准描述和解释微生物代谢在土壤碳固存中的重要性具有显著的科学价值。从长远来看，针对该理论体系的深入研究可为优化我国农田地力、发展低碳经济、增加气候谈判筹码和提升国际影响力提供崭新的思路，具有重要战略意义。此外，研究对当前一些基础生态问题提出了具有前瞻性和指导性的假设：微生物通过“体外修饰”和“体内周转”调控土壤有机碳化学组成；通过“激发效应”和“续埋效应”调控土壤稳定有机碳库储量动态。
该研究主要得到了中科院战略性先导科技专项（B类）课题、国家自然科学基金面上项目以及国家重点研发计划项目的支持。
微生物碳泵示意图：微生物同化合成的碳由土壤微生物碳泵进入土壤并通过续埋效应而稳定于土壤碳库中。碳泵连接地上部植被和地下部土壤，其主要组成部分用阴阳图形象表征了碳泵的动态运转，并体现了其动态的驱动者真细菌群落。
