标题：植物搭台，微生物唱戏——协同守护干旱时期泥炭地碳储存

泥炭地：地球关键的碳仓库，正面临前所未有的挑战

泥炭地是地球上效率极高的天然“碳仓库”。尽管它们仅占全球陆地面积的约3%，却储存了约6000亿吨碳，这一数字超过所有森林植被中的碳储量，并占全球土壤碳总量的三分之一左右，其碳汇功能对调节全球气候至关重要。然而，随着气候变暖和干旱频率的加剧，泥炭地正经历深刻的生态转变，变暖与干旱引发的木本植物扩张在泥炭地频繁出现。这种植被变化不仅改变了泥炭地的景观和生态结构，更深刻影响着泥炭微生物的代谢活动，进而影响碳的积累与释放平衡。尽管已有研究发现木本植物扩张可能促进或抑制泥炭分解，甚至加剧碳排放，但我们对这种植被变化如何在千年尺度上影响泥炭地碳储存，仍缺乏深入理解。特别是，微生物如何响应植被变化并调节碳循环过程，一直是泥炭地生态研究中的关键未解问题。

最新发现：干旱驱动木本植物扩张，微生物代谢“变轨”守护泥炭碳库

近日，中国地质大学（武汉）地质微生物与环境全国重点实验室谢树成院士团队在国际期刊《自然-通讯》《Nature Communications》上发表了题为《微生物对植物群落变化的响应保护全新世干旱时期泥炭地碳储存》《Microbial responses to changing plant community protect peatland carbon stores during Holocene drying》的研究成果。该研究通过综合植物大化石、微生物脂类生物标志物及其单体碳和氢同位素特征、泥炭有机质组成和碳积累历史，揭示了过去千年尺度上干旱时期泥炭地碳储存韧性的植物-微生物调控机制。

研究聚焦我国亚热带赵公亭泥炭地，重建了过去近万年间植被、有机质、微生物与碳储存的联动演化过程，同时分析汇总了来自全球155处泥炭地的碳积累历史和古生态记录。结果发现，在全新世中期约8000至6000年前，赵公亭泥炭地的区域气候变暖干燥，驱动泥炭地内木本植物迅速扩张，草本比例下降，泥炭地植物群落发生显著转变（图1）。

更为重要的是，这一植被变化引发了微生物代谢的“变轨”，细菌和真菌的生物量呈现先升后降的趋势，其代谢方式也从以分解有机质为主的异养代谢，逐渐转向异养代谢受抑而自养代谢相对增强的状态（图1）。进一步通过泥炭有机质组成示踪发现，这种微生物代谢的转变与泥炭中可降解碳（如多糖）的减少、难降解碳（如芳香类化合物）的增加密切相关（图1）。换言之，木本植物产生的富含芳香类化合物的有机质，既限制了微生物对碳的分解，也迫使微生物适应新的代谢方式。

图1 全新世期间赵公亭泥炭地植被、微生物、泥炭有机质组成及碳积累的变化。

植物-有机质-微生物联动构筑泥炭地碳储存天然防线

这种植被和微生物的协同转变，构建了一道“天然屏障”，保护泥炭地碳储存免受干旱的影响。研究发现，在木本植物扩张时期，尽管气候干旱，但泥炭地的有机碳表观积累速率反而达到了近万年来的峰值，是非木本植物扩张时期的三倍。这一出人意料的现象，正是由于植被结构调整、有机质组成和微生物代谢活动的转变，共同减缓了碳的分解流失（图2）。

图2 气候驱动泥炭地木本植物扩张及其对有机质组成、微生物代谢与碳积累的影响

更为关键的是，这一机制在全球范围内具有普遍性。通过进一步汇总来自全球155个泥炭地的196个泥炭沉积核心的长期表观碳积累速率和古生态记录，证实了木本植物扩张时期碳积累率普遍升高，且在热带地区表现尤为显著。这提示，在当前和未来的气候变暖背景下，适度的木本植物扩张与微生物的关键响应，很可能是维持泥炭地碳储库功能的重要生态反馈过程。

本研究系统揭示了在千年尺度上，泥炭地植被-有机质组成-微生物代谢的联动反馈如何增强碳储存韧性，为理解碳循环关键过程提供了新视角。尤其在全球面临气候变暖、干旱加剧的当下，该发现为泥炭地的保护与恢复提供了理论依据，也提示我们在管理泥炭地生态系统时，需要充分考虑微生物与植被群落的协同作用。

该研究由中国地质大学（武汉）牵头，由谢树成院士指导，第一作者为张一鸣博士，通讯作者为黄咸雨教授，合作者包括赵炳炎博士、闫超阳硕士、张宏斌副研究员、东北师范大学赵红艳教授、英国布里斯托大学Richard Pancost教授、Toby Halamka博士、Rebecca Peel博士、Mike Vreeken博士生、英国埃克塞特大学Angela Gallego-Sala教授。该研究得到国家自然科学基金重大项目“地质微生物与地球重大环境转型”、区域联合基金重点项目、青年项目、“111计划”项目、中国博士后科学基金面上项目的资助。

近年来，由谢树成院士领导的“水碳”关系研究团队，围绕着泥炭湿地在气候-植物-微生物-碳循环之间的关系，以神农架大九湖和中国南方山区泥炭地为研究基地，以微生物脂类单体碳和氢同位素组成为关键抓手，开展了一系列现代季节性监测与古生态关键过程研究，相关研究成果发表在Nature Communications、Geochimica et Cosmochimica Acta、Geophysical Research Letters、Chemical Geology、Geoderma 等国际学术期刊上。团队成员目前正在开展广泛的国际合作，针对热带、亚热带、高纬度等不同气候区的泥炭地开展联合研究，进一步从稳定碳氢同位素扩展到放射性碳同位素上，深入揭示泥炭湿地碳循环的关键过程与机制。

第一作者简介：张一鸣，2015年在中国地质大学（武汉）获地质学学士学位，随后硕博连读，2019-2021年受国家留学基金委资助，在英国布里斯托大学有机地球化学研究中心进行博士联合培养，2022年获中国地质大学（武汉）地质学博士学位。2022-2025在中国地质大学（武汉）开展博士后研究，2025年起在英国布里斯托大学任Senior Research Associate。

论文信息：

Zhang, Y., Huang, X., Zhao, B., Yan, C., Zhao, H., Zhang, H., Halamka, T.A., Peel, R.H., Vreeken, M., Gallego-Sala, A.V., Pancost, R.D., & Xie, S. (2025) Microbial responses to changing plant community protect peatland carbon stores during Holocene drying. Nature Communications, 16, 6912. https://doi.org/10.1038/s41467-025-62175-1

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