痕量气体，例如氢气（H2）和一氧化碳（CO），能够被广泛存在于土壤中的特定微生物利用，这些微生物通过氧化这些气体来获取能量，支持自身的生存与生长。这类微生物在生物地球化学循环中扮演着关键角色。研究指出，在养分匮乏的土壤环境中，这些痕量气体氧化微生物在氧化过程中产生的电子可以辅助RuBisCO酶的作用，经由卡尔文循环（CBB循环）促进二氧化碳的固定。然而，关于这些微生物对土壤固碳的具体贡献及其背后的环境驱动因素，尤其是在大范围内的影响，仍然存在很多未知。
基于以上科学问题，中国科学院南京土壤研究所研究员滕应课题组对全国五种典型的陆地生态系统进行了分析，以了解其中痕量气体氧化微生物的群落结构与功能，并评估它们对土壤固碳的贡献。同时，该研究还探讨了影响这一过程的主要环境因子。研究发现，不同类型的陆地生态系统土壤中存在遗传和生理特性各异的H2和CO氧化微生物以及进行化学自养的固碳微生物。研究结果表明，土壤固碳能力的大尺度变化与H2和CO氧化微生物的数量和活性之间存在显著正相关关系（p < 0.05-0.001）。进一步的结构方程模型分析显示，土壤pH值和水分条件的变化解释了土壤固碳能力55%的变异，这与H2和CO氧化微生物的数量有关。借助机器学习模型和宏基因组数据，研究人员估计了不同陆地生态系统中痕量气体氧化微生物对土壤固碳的贡献比例为1.1%-35.0%，其固碳速率则在0.04-1.56 mg kg^-1 d^-1范围内。
这项研究表明，关键环境因子如土壤pH值和水分含量对于土壤中痕量气体氧化微生物的固碳过程有着重要的驱动作用，强调了这些微生物在陆地碳循环中的重要性。研究结果不仅加深了我们对土壤痕量气体微生物生态服务功能的理解，也为土壤的可持续管理提供了科学依据。
以上研究结果已在Environmental Science& Technology期刊上作为内封面文章发表。研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、江苏省卓越博士后计划和国家科技创新领军人才计划等项目的资助。
