全球干旱地区面积占陆地总面积的40%以上，该地区土壤无机碳的储量十倍于有机碳，是主要的陆地无机碳库；因此，其动态变化将极大地影响干旱地区的碳储量。以往认为，在土壤碳库中，无机碳库是较为稳定的组分，但近年来发现，土壤无机碳可转化为有机碳，但转化的机制和过程并不清楚。揭示该过程对于认识干旱地区土壤肥力的形成和碳库动态、科学评估干旱地区生态系统在碳中和方面的贡献，具有十分重要的意义。
我院盐池站长期致力于荒漠地区生态系统关键过程及其驱动机制的多学科交叉研究，前期在国家自然科学基金、中央高校基本业务费等项目的支持下，在荒漠生态系统固碳途径及其机制、土壤微生物参与的有机碳形成过程、土壤微生物驱动的无机碳生成等方面，开展了大量的探索性研究，并取得了一系列创新性成果，得到学术界的广泛关注。近期，美国地球物理学会（AGU）旗下学术期刊Journal of Geophysical Research:Biogeoscience以“Soil microbes transform inorganic carbon into organic carbon by dark fixation pathways in desert soil”为题，在线发表了该盐池站在干旱地区土壤碳过程方面的又一发现。
图1碳同位素示踪试验装置
图2沙地土壤微生物同化无机碳关键基因的相对丰度和比率
盐池站张宇清团队在毛乌素沙地通过野外原位实验，采用碳同位素示踪手段发现，土壤中部分有机碳直接源于CO2和HCO-3，并非植物光合作用的产物，其生成速率为3.276 μg kg-1d-1。研究组进一步通过宏基因组分析发现，土壤微生物中同化CO2和HCO-3的关键基因相对丰度约占所测总基因的0.5%，即土壤中存在相当数量的固碳微生物，通过化能自养和异养两个过程，将土壤中的无机碳转化为有机碳。该项研究证实了荒漠地区土壤中存在一个被忽视了的、由微生物介导的非光合固碳途径（dark fixation pathways），为干旱地区碳循环和碳库动态变化过程补充了新的认知。
图3沙地土壤微生物碳来自无机碳转化的含量
图4沙地土壤中编码固碳酶的微生物组成
该项研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划项目、中央高校基本科研业务费项目的支持。我校博士生刘振为第一作者，张宇清教授为通讯作者。