热融湖塘是多年冻土融化后形成的典型地貌，约占多年冻土分布区面积的7%，在区域碳循环中起着重要作用。特别是，热融湖塘的形成伴随着大量可溶性有机碳（DOC）的释放，并且这些DOC容易被微生物分解，使得热融湖塘成为显著的二氧化碳（CO2）排放源。理论上，微生物除了参与DOC降解，还可能通过化能自养固碳过程生成DOC。然而，热融湖塘中微生物固碳过程是否存在仍缺乏直接的实验证据，且其关键驱动机制尚不明确。
中国科学院植物研究所杨元合研究团队与中国林业科学研究院森林生态环境与自然保护研究所刘富庭副研究员等合作，沿青藏高原约1100 km的冻土样带，采集了涵盖不同年份（2020年和2024年）和不同季节（春、夏、秋）的414份热融湖塘水体和沉积物样品；在此基础上，结合室内培养、同位素示踪和微生物组学技术探究了热融湖塘化能自养固碳过程及其驱动机制。首先，研究人员采用室内培养实验，结合DOC浓度差减法和CO2气体测量法，发现约1/3的湖塘中化能自养固碳速率大于微生物碳分解速率，从而导致DOC净积累。其次，14C放射性同位素示踪实验证实所有湖塘中均存在化能自养固碳过程。进一步地，基于功能基因qPCR、扩增子测序和宏基因组测序的结果显示，热融湖塘化能自养固碳过程主要由硝化微生物通过卡尔文循环途径实现。最后，通过分析硝化过程的底物浓度、微生物功能基因丰度以及硝化速率等多个参数与微生物化能自养固碳过程之间的关系，证实硝化过程为微生物化能自养固碳过程提供了能量来源。上述结果证明了热融湖塘中广泛存在微生物化能自养固碳过程，修正了“热融湖塘中以微生物降解过程为主”的传统认知。
该项成果于12月16日在线发表于国际学术期刊Nature Communications。植物所已毕业博士研究生刘富庭和特别研究助理康路遥为论文共同第一作者，杨元合研究员为通讯作者。植物所陈蕾伊研究员、彭云峰研究员等参与了上述研究。该研究得到国家自然科学基金和国家重点研发计划等项目的资助。
文章链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-025-67478-x
（植被与环境变化实验室供稿）
青藏高原热融湖塘化能自养固碳过程及其驱动机制
