环境科学  2014, Vol. Issue (3): 1144-1150   PDF    
引用本文
陈晓娟, 吴小红, 简燕, 袁红朝, 周萍, 葛体达, 童成立, 邹冬生, 吴金水. 农田土壤自养微生物碳同化潜力及其功能基因数量、关键酶活性分析[J]. 环境科学, 2014, (3): 1144-1150.
CHEN Xiao-juan, WU Xiao-hong, JIAN Yan, YUAN Hong-zhao, ZHOU Ping, GE Ti-da, TONG Cheng-li, ZOU Dong-sheng, WU Jin-shui. Carbon Dioxide Assimilation Potential, Functional Gene Amount and RubisCO Activity of Autotrophic Microorganisms in Agricultural Soils[J]. Environmental Science, 2014, (3): 1144-1150.
农田土壤自养微生物碳同化潜力及其功能基因数量、关键酶活性分析
陈晓娟1,2, 吴小红1,2, 简燕1,3, 袁红朝1, 周萍1, 葛体达1, 童成立1, 邹冬生3, 吴金水1     
1. 中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室, 长沙 410125;
2. 中国科学院大学, 北京 100049;
3. 湖南农业大学生物科技学院, 长沙 410128
收稿日期: 2013-6-27; 修订日期: 2013-8-12.
基金项目： 国家自然科学基金项目（41271279，41090283）；湖南省国际与区域科技合作项目（2013WK4009）；中国科学院青年创新促进会会员项目（2012-2015）
作者简介：陈晓娟(1988~),女,硕士研究生,主要研究方向为土壤微生物生态,E-mail:sjtugtd@gmail.com
通讯联系人,E-mail:gtd@isa.ac.cn;jswu@isa.ac.cn
摘要：研究农田土壤自养微生物碳同化潜力，对全面认识农田生态系统碳吸收和碳储存有着重要意义. 选取6种典型农田土壤，通过14C连续标记示踪技术结合密闭系统模拟培养，量化了土壤自养微生物碳同化潜力及其向土壤活性碳库组分转化，同时结合分子生物学技术及酶学分析方法，探讨了不同土壤自养微生物细菌固碳功能基因（cbbL）丰度及关键酶（RubisCO）活性. 结果表明，土壤自养微生物具有可观的CO2同化潜力，在本实验条件下，全球每年表层（0~20 cm）土壤通过自养微生物的同化作用可固定的碳为0.57~7.3 Pg. 供试土壤的14C土壤有机碳（14C-SOC）含量范围为10.63~133.81 mg·kg-1，而14C可溶性有机碳（14C-DOC）、14C微生物生物量碳（14C -MBC）含量范围分别为0.96~8.10 mg·kg-1、1.70~49.16 mg·kg-1. 土壤可溶解性有机碳（DOC）、微生物量碳（MBC）和SOC的更新率分别为5.07%~14.3%、2.51%~13.12%和0.09%~0.64%. 土壤细菌cbbL丰度范围为2.40×107~1.9×108 copies·g-1，且RubisCO酶活性（CO2/soil）范围为34.06~71.86 nmol·（g·min）-1. 相关分析表明，土壤14C-SOC与14C-MBC及RubisCO酶活性均呈极显著正相关关系（P<0.01）. 说明土壤对大气CO2的同化作用主要是由自养微生物参与的同化过程，且较高的RubisCO酶活性意味着较高的自养微生物CO2同化潜力.
关键词： 土壤自养微生物     碳同化潜力     cbbL基因     RubisCO活性     农田土壤     14C连续标记    
Carbon Dioxide Assimilation Potential, Functional Gene Amount and RubisCO Activity of Autotrophic Microorganisms in Agricultural Soils
CHEN Xiao-juan1,2, WU Xiao-hong1,2, JIAN Yan1,3, YUAN Hong-zhao1, ZHOU Ping1, GE Ti-da1, TONG Cheng-li1, ZOU Dong-sheng3, WU Jin-shui1    
1. Key Laboratory of Agro-Ecological Processes in Subtropical Region, Institute of Subtropical Agriculture, Chinese Academy of Sciences, Changsha 410125, China;
2. University of Chinese Academy of Sciences, Bejing 100049, China;
3. College of Bioscience and Biotechnology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China
Abstract: Carbon dioxide (CO2) assimilation by autotrophic microorganisms plays a significant role in carbon sequestration in terrestrial ecosystems. Here, experiments were carried out to determine the contribution of autotrophic microorganisms to atmospheric CO2 fixation in 6 representative agricultural soils. Soils were incubated continuously in an atmosphere of 14CO2 and the distribution of labeled C into soil organic carbon (14C-SOC) was determined after 110 d. Meanwhile, the amounts of the cbbL genes were determined by Quantitative PCR and the RubisCO activity was measured in different soils. The results showed that substantial amounts of 14CO2 were fixed into 14C-SOC (ranged 10.63-133.81 mg·kg-1 after 110 d of continuous labeling, with an annual, global rate of about 0.57-7.3 Pg. The microbially fixed C was also incorporated into the active carbon pool[the dissolved organic C (14C-DOC) and in the microbial biomass C (14C-MBC)], and ranged from 0.96 to 8.10 mg·kg-1 and 1.70 to 49.16 mg·kg-1, respectively. The proportion of 14C-SOC in SOC was 0.09%-0.64%. The 14C-DOC/DOC and 14C-MBC/MBC were 5.07%-14.3% and 2.51%-13.12%, respectively. Thus, the distribution and transformation of microbially fixed C had a larger influence on the dynamics of DOC and MBC than on the total SOC dynamics. Moreover, the abundance of soil bacteria cbbL gene and RubisCO activity were in the range of 2.40×107-1.9×108 copies·g-1 and 34.06-71.86 nmol·(g·min)-1, respectively. The 14C-SOC content was significantly correlated with both the 14C-MBC content (P<0.01) and the RubisCO activity (P<0.01) in all tested soils. We concluded that autotrophic CO2 assimilation by soil microbes is significant to the global C cycle.
Key words: soil autotrophic microbes     carbon assimilation potential     cbbL gene     RubisCO activity     agricultural soil     14C continuous labeling    

自养微生物是指能够利用简单的无机物作为营养物质进行正常生命代谢活动的微生物，包括两种类型，即光能自养微生物和化能自养微生物[1]. 微生物广泛分布于各个生态系统中，具有很强的环境适应能力，可以在多种极端环境条件下如火山[2]、海洋深处[3]、极地湖泊[4]等植物无法生存的生境中参与CO2的同化. 近年来，在海洋等水生生态系统中，自养微生物作为重要的生产者固定CO2能力的量化及其分子生态学研究方面取得了很大进展. Cannon等[5]指出，水体吸收固定大气CO2的40%是由自养微生物同化完成的，自养微生物在水体碳同化过程中起着不可忽视的作用.

在陆地生态系统中，特别是在农田生态系统中，存在着大量的自养微生物； 然而，自养微生物在传统认识里一直被认为是担负有机质的分解者及矿化功能的作用，与此同时，微生物能够固定大气中的CO2一直被人们所忽略. 农田生态系统是陆地生态系统中最活跃且固碳潜力最大的碳库之一[6, 7]，同时农田生态系统也是受人为干扰最大的碳库之一，土地类型、 利用方式、 管理方式，包括灌溉、 施肥等都可能通过影响微生物群落结构和数量的变化，从而影响微生物的CO2固定能力. 有研究表明，长期施肥等农田管理方式导致土壤碳同化自养菌种群结构产生了明显差异，固碳优势菌群也随之变化[8]. 因此，合理利用土地，加强农田管理方式等对增加农田生态系统的碳同化能力有着重要意义.

Calvin循环也称Calvin-Bussham循环，是光能自养生物和化能自养生物同化CO2的主要途径[9, 10]. 1，5-二磷酸核酮糖核苷酸(RubisCO) 酶作为控制卡尔文循环速率的关键酶，及控制(RubisCO) 酶编码基因(cbbL)在水生生态系统中已经广泛研究，近年来在陆地生态系统也受到人们的重视. Yuan等[8]利用cbbL基因作为固定CO2自养细菌的功能标记物，首次对不同农业生态系统不同层次土壤中化能自养微生物的群落结构和多样性进行了研究. Tolli等[11]针对“red-like”cbbL基因设计了实时定量PCR引物和探针，研究了不同农田管理方式土壤和土壤微观环境中cbbL基因的数量变化，发现不同土壤中“red-like”cbbL基因的拷贝数为106~107copies ·g-1. Yuan等[12]2012年通过微宇宙培养结合碳同位素示踪技术，发现供试农田土壤微生物具有较高的RubisCO酶活性[CO2/Protein，9.67~50.85 nmol ·(g ·min)-1]. 笔者前期的研究表明，农田土壤自养微生物(主要是不产氧兼性自养菌)，能通过卡尔文循环将CO2转化成有机物质，其同化速率约0.0134~0.103 g ·(m2 ·d)-1. 但是，稻田和旱地土壤碳同化能力未必一致. 因此，开展农田不同土壤(稻田及旱地土壤)自养微生物CO2同化能力的研究，对全面认识农田生态系统碳吸收和碳储存有着重要意义.

本研究选取典型稻田与旱地土壤，运用14 C连续示踪技术结合室内模拟实验，定量分析土壤自养微生物碳同化向土壤有机碳库的输入，及其在土壤活性碳库(14 C-DOC、 14 C-MBC)中的分配特征，揭示稻田和旱地土壤自养微生物的碳同化潜力. 同时采用分子生物学技术，探讨土壤细菌cbbL基因丰度及RubisCO酶活性，结合自养微生物碳同化潜力与RubisCO酶活性的关系，揭示稻田和旱地自养微生物碳同化的机制，以期为深入了解农田土壤碳循环过程，增加土壤固碳潜力提供数据支持与科学依据.

1 材料与方法
1.1 供试土壤及前处理

实验选取6种典型稻田和旱地耕作层(0～20 cm)土壤，分别为：长沙2个稻田土壤(P1、 P2)，1个菜地土壤(U3)； 沈阳1个稻田土壤(P3)，2个沈阳旱地土壤(U1，U2). 土壤均用直径为5 cm的不锈钢土钻采集. 运回实验室后的土壤样品取1 kg室内风干，分别过0.25 mm和0.149 mm筛，用于测定土壤基本理化性质. 剩余土壤均匀地喷施(NH4)2SO4、 NaH2PO4和KCl混合液，施入的N、 P、 K量分别为20、 20和80 mg ·kg-1，然后用蒸馏水将稻田土壤调节含水量至饱和田间持水量，旱地土壤调节至田间持水量的45%，将土壤混匀分装于PVC盆钵中，装入量每钵相当于烘干重1.00 kg，平衡2周后，开始14 C同位素标记培养实验. 实验盆钵是用PVC材料做成的20 cm，直径10 cm的圆柱形盆钵. 供试土壤基本理化性质见表1.

1.2 14 C-CO2连续标记的土壤培养实验

实验设置上述3种稻田土壤(P1、 P2、 P3)和3种旱地土壤(U1、 U2、 U3)，共6个处理，每个处理重复5次. 本研究采用14 C连续标记. 培养装置和方法见文献[13, 14]. 2010年10月18日开始标记，连续标记110 d. 培养箱内温度设定为白天31℃±1℃，晚上24℃±1℃，每天光照12 h(从08：00~20：00)，相对湿度80%~90%，光照强度(PAR)500 mmol ·(m2 ·s)-1. 标记过程中，补充去离子水维持稻田土壤水层深度1~2 cm基本不变，旱地土壤根据预备实验每隔2 d，添加20 mL去离子水以维持其含水量保持在田间持水量的45%. 14 C-CO2通过14 C-NaHCO3 (1 mol ·L-1，16.5×103 Bq ·mL-1)和HCl(1 mol ·L-1)反应自动产生. 每周向培养箱加入200 mL(1 mol ·L-1)14 C- NaHCO3溶液，维持箱内CO2浓度为270~350 μmol ·mol-1.

表1 土壤的基本理化性质 Table 1 Physiochemical properties of soils

标记培养实验结束(连续标记110 d)后，采集PVC塑料盆钵中的供试土壤样品并充分混匀，一份立即处理，用于测定14 C-DOC和14 C-MBC含量； 一份室内自然风干后，磨碎过100目筛，用于14 C-SOC含量的测定； 还有一份(约100 g)供分子生物学及酶活性分析，分装后需立即置于液氮，经冷冻干燥机(NEOCOOLE，Yamato)干燥后，在已灭菌的碾钵中捣成粉末状，除去植物残体，石块等杂质，分装到无菌离心管中储存于-80℃冰箱(SANYO，Japan)备用.

1.3 样品分析

pH测定以水为浸提剂，水土比为2.5 ∶1，阳离子交换量采用乙酸铵交换法测定. 土壤全氮采用碳氮元素分析仪(VARIO MAX C/N，Germany)测定(干烧法). 土壤全磷采用氢氧化钠溶融法并采用紫外分光光度计(UV-2450，Japan)测定.

土壤总有机碳中14 C放射性强度采用文献[13]的方法测定，土壤DOC采用0.5 mol ·L-1 K2SO4直接浸提，土壤MBC采用氯仿熏蒸0.5 mol ·L-1 K2SO4提取法，14 C-DOC和14 C-MBC含量测定按文献[14, 15]的方法进行.

土壤DNA用FastDNA土壤试剂盒(Mpbio，USA)提取，并通过“总DNA纯化回收试剂盒”(天根，中国)进行纯化. 通过实时荧光定量PCR仪(ABI 7900，USA)对细菌cbbL基因数量进行定量分析. PCR扩增上游引物为K2f: 5′-ACCAYCAAG CCSAAGCTSGG-3′，下游引物V2r: 5′-GCCTTCSAG CTTGCCSACCRC-3′[16]，引物由上海桑尼生物技术有限公司合成. 反应体系及程序参照试剂盒(TaKaRa)SYBR Green Ⅰ两步法操作说明书.

土壤RubisCO蛋白酶用超声波方法提取，用紫外分光光度计(UV-2450，Japan)在340 nm波长下测定，具体操作详见文献[17, 18]，RubisCO活性单位(以CO2/soil计)用nmol ·(g ·min)-1表示.

1.4 数据处理与计算

数据统计分析采用SPSS 16.0 for Windows和Microsoft Excel 2010软件进行. 差异显著性用One-way ANOVA(一维方差)分析，多重比较采用Duncan法，相关性采用皮尔森指数(Pearson)分析.

表层(0~20 cm)土壤微生物碳同化速率:

式中，RS 是土壤碳同化速率[g ·(m2 ·d)-1]，csoc是标记培养110 d后，土壤14 C-SOC(mg ·kg-1)，D为实验用PVC管的内径(0.1 m)，T为连续标记时间(110 d).

全球每年表层(0~20 cm)土壤微生物碳同化潜力:

式中，A是全球每年表层(0~20 cm)土壤有机碳储存量(Pg ·a-1)，S全球陆地表面积(1.3×108 km2)，T全年天数(365 d).

自养微生物碳同化潜力对土壤有机碳的贡献用土壤SOC的更新率[19]来表示，即土壤SOC中来源于土壤自养微生物同化作用的“新碳”(14 C)占SOC的比例(14 C-SOC/SOC).

2 结果与分析
2.1 土壤微生物碳同化量(14 C-SOC)及其对土壤有机碳的贡献(14 C-SOC/SOC)

不同土壤14 C-SOC的含量为10.63(U1)~133.81(P1)mg ·kg-1(图 1). 稻田土壤14 C-SOC的平均含量为115.06 mg ·kg-1； 旱地土为23.13 mg ·kg-1. 稻田土壤之间14 C-SOC表现为P1>P3> P2，P1与P2、 P3之间存在显著差异(P<0.05)，P2、 P3之间无显著差异. 旱地土壤之间14 C-SOC含量有显著差异(P<0.05)，表现为U3>U2>U1. 土壤SOC的更新率(14 C-SOC/SOC)为0.09%~0.64%(图 1)以表层(0~20 cm)土壤微生物碳同化速率为基础，参见公式(2)计算出全球每年表层(0~20 cm)土壤有机碳储存量0.57(U1)~7.3 Pg ·a-1(P1). 说明土壤具有可观的碳同化潜力，自养微生物在碳循环中的作用不容忽视.

图 1 稻田与旱地土壤中14 C-SOC、 14 C-SOC/SOC值 Fig. 1 Amount of 14 C-SOC and 14 C-SOC/SOC in different paddy and upland soils 小写字母不同表示不同处理之间差异显著，下同
2.2 土壤同化碳在活性碳库(DOC，MBC)中的分配

土壤14 C-DOC、 14 C-MBC均是P1含量最高值，其值分别为8.10 mg ·kg-1、 49.16 mg ·kg-1，最低值分别为U1(0.96 mg ·kg-1)、 U2 (1.70 mg ·kg-1). 14 C-DOC、 14 C-MBC的平均值在稻田土壤中为(5.91 mg ·kg-1、 32.99 mg ·kg-1)，旱地土壤中为(2.40 mg ·kg-1、 5.77 mg ·kg-1)，稻田大于旱地土壤. 稻田土壤中，14 C-DOC含量表现为P1> P3> P2，且 P1、 P2、 P3之间差异显著(P<0.05)，而14 C-MBC含量则表现为P1> P2> P3且P3与P1、 P2之间存在极显著差异(P<0.05). 旱地土壤中，14 C-DOC、 14 C-MBC表现出同样规律，即U3显著大于U1、U2，U1、U2之间没有显著差异.

不同土壤条件下MBC的更新率(14 C-MBC/MBC)为2.51%~13.12%； 土壤DOC的更新率(14 C-DOC/DOC)为5.07%~14.3%. 由表2可以看出，相同土壤条件下，土壤DOC的更新率均大于MBC的更新率，表明土壤自养微生物碳同化对土壤DOC的周转影响比MBC大，这可能与土壤自养微生物同化碳首先进入DOC库，然后被土壤微生物利用有关.

表2 不同土壤条件下14 C-DOC、 14 C-MBC含量及更新率 /% Table 2 Amount of 14 C-DOC，14 C-MBC and the renewal rates of soil DOC,MBC in different soils/%

2.3 自养微生物碳同化功能基因(细菌cbbL)丰度

不同类型土壤中细菌cbbL基因丰度差异显著(图 2). 细菌cbbL基因丰度最高值为P2(1.92×108 copies ·g-1)是最低值U2(2.40×107 copies ·g-1)的8倍. 除了U3外，稻田土壤均显著高于旱地土壤. 稻田土壤中，P2的细菌cbbL基因丰度最高，其次为P1，P3最低. 旱地土壤中，U3含量达(1.52×108 copies · g-1)分别是U1(3.84×107 copies ·g-1)和U2(2.4×107 copies ·g-1)的3.96倍和6.33倍. 说明一般情况下，稻田土壤细菌cbbL丰度表现为稻田土壤高于旱地土，但也存在个别旱地土细菌cbbL丰度较高的现象，可能与土地利用方式及作物种植不同有关.

图 2 稻田与旱地土壤中细菌cbbL丰度 Fig. 2 Amount of bacterial cbbL abundance in different paddy and upland soils

2.4 稻田与旱地土壤RubisCO酶活性

土壤P2中RubisCO酶活性[71.86 nmol ·(g ·min)-1]为最高值； U2中最低[34.06 nmol ·(g ·min)-1]. 稻田土壤RubisCO酶活性[平均值64.64 nmol ·(g ·min)-1]是旱地土壤的[平均值34.86 nmol ·(g ·min)-1]1.5倍，稻田土壤均显著大于旱地土壤(图 3). 稻田土壤中P2显著大于P3，P1与P2，P1与P3之间没有显著差异，旱地土壤中(U1、U2、U3)均无显著差异.

图 3 稻田与旱地土壤RubisCO酶活性 Fig. 3 RubuisCO activity in different paddy and upland soils
2.514 C-SOC与14 C-MBC及RubisCO酶活性相关性分析

连续110 d 14 C-CO2标记的土壤中，14 C-SOC与14 C-MBC呈显著正相关(r=0.900，P<0.01，图 4)，说明土壤微生物参与了CO2同化过程. 而且，14 C-SOC与RubisCO酶活性呈显著正相关(r=0.911，P<0.01，图 4)，说明较高的固碳酶活性意味着较高的自养微生物同化二氧化碳的潜力.

图 4 土壤14 C-SOC mg ·kg-1与14 C-MBC mg ·kg-1及RubisCO酶活性之间相关关系 Fig. 4 Correlation between 14 C-SOC and14 C-MBC mg ·kg-1 and the RubisCO activity in different soils

3 讨论

通过计算土壤中标记的有机碳(14 C-SOC)占总SOC的比值，确定土壤碳同化量进入土壤有机碳的量. 本研究土壤14 C-SOC/SOC值介于0.09%~0.64%. 有研究表明，在未种植作物的稻田土壤连续14 C-CO2标记培养80 d 后14 C-SOC/SOC值为0.14%~0.38%[20]. 这可能与本实验中选取旱地土壤、 土壤性质、 连续标记时间及种植不同作物后影响微生物生长等因素有关. 同时，据估算供试土壤的碳同化速率约为0.012~0.155 g ·(m2 · d)-1. 运用14 C-SOC/SOC值及土壤的碳同化速根据计算公式(2)，估算出全球每年表层(0~20 cm)土壤有机碳储存潜力(0.57~7.3 Pg ·a-1). 其值高于运用Jobbgy等[21]估算全球陆地面积总碳同化量为1 550 Pg，及表层(0~20 cm)土壤占总固碳量的41%计算出土壤有机碳储存潜力(0.57~4.05 Pg ·a-1)[22]. 其原因是全球陆地生态系统复杂，文献[21]估算全球陆地面积固碳量1 550 Pg是已经综合考虑各个陆地生态系统的影响下得出的估算值. 而本研究是理想模拟状态下估算有机碳储存潜力. 因此，在未来的研究中需要加强自然条件下的土壤自养微生物的碳同化潜力，以便更准确地估算自养微生物在碳循环中的作用.

土壤DOC和MBC是土壤碳库中CO2同化量(新碳)的主要归宿. Liang等[23]采用盆栽方法通过13 C稳定性同位素技术研究了玉米新碳在碳库中的分布，认为DOC和MBC是新碳的主要去向. 土壤14 C-DOC/DOC与14 C-MBC/MBC的值分别为5.07%~14.3%和2.51%~13.12%. 比土壤14 C-SOC/SOC(0.14%~0.38%)值大得多，表明土壤同化碳的输入对土壤DOC、 MBC含量变化影响较大，这与前人研究基本一致[24,25]. 土壤微生物对DOC作用的持续时间不长，其中小分子DOC的周转时间只有数十小时[26]. 土壤MBC由于微生物代谢周转进入土壤有机碳，且本研究得出14 C-MBC与14 C-SOC呈显著正相关(P<0.01). 可以看出土壤碳同化量主要来自于土壤自养微生物固定CO2，土壤自养微生物碳同化潜力对全球陆地生态碳平衡研究是不可忽视的.

本研究通过实时荧光定量PCR测定细菌cbbL基因丰度. 结果显示，除了U3外，均是水稻土显著大于旱地土. 这与U3有机质含量较高有关. 有研究表明[12]稻田土壤碳同化细菌主要为兼性自养菌，包括红假单胞菌、慢生根瘤菌、产碱杆菌和劳尔氏菌等. 土壤具有较高的有机质可以为这些自养菌的生长提供丰富的营养基质，故其丰度较高，而一般情况下，旱地土壤中有机质含量较低，对这些兼性自养菌生长不利，故其细菌cbbL基因丰度较低. U3是蔬菜地，由于施肥量及管理方式等原因，有机质含量较高. 需要指出的是，本研究细菌cbbL丰度与14 C-SOC含量之间并无显著相关性，与Selesi等[18]研究有差别，是因为本研究中是在DNA水平上测定cbbL丰度，一般来说，在DNA水平上检测到基因的存在并不意味着该基因得到了表达[27]. 而RNA的存在能在很大程度上表明微生物基因处于活性状态. 因此，在未来的研究中需要从RNA水平上研究cbbL丰度，进一步验证cbbL丰度与14 C-SOC含量相关性.

RubisCO是土壤自养微生物利用卡尔文循环进行固定CO2的关键酶，该酶催化卡尔文循环中的第一步CO2同化反应. 本研究证实，RubisCO有较高的活性(图 3)，其值为34.06~71.61 nmol ·(g ·min)-1，且稻田土壤中显著大于旱地土壤. 这是由于稻田利用方式下，长期保持较高的施肥和管理水平，土壤微生物生物量和代谢活性高，微生物群落功能多样性丰富，土壤中细菌数量高[28]. 相关性表明14 C-SOC与RubisCO活性有显著相关性(P<0.05). 由于通过14 C标记实验测定存在土壤碳同化量实验过程复杂、 耗费量大及周期长等缺点. 因此，下一步研究应在本研究模拟状态下用RubisCO活性指示土壤微生物碳同化量的基础上，进一步验证不同农业生态系统不同层次土壤14 C-SOC与RubisCO活性的相关性，考虑通过RubisCO酶指示土壤微生物碳同化量. 达到既方便快捷又准确定量土壤微生物碳同化量.

4 结论

(1)通过14 C-CO2连续标记实验表明，农田土壤自养微生物具有可观的CO2同化潜力. 据估算，全球表层(0~20 cm)土壤自养微生物的碳同化潜力为0.57~7.3Pg ·a-1. 且同化碳的碳可以转化为DOC和MBC.

(2)稻田土壤的细菌cbbL基因丰度与RubisCO酶活性均显著大于旱地土壤，这可能是稻田土壤自养微生物的CO2同化能力显著大于旱地土壤的原因之一.

(3)稻田土壤与旱地土壤14 C-SOC与14 C-MBC及RubisCO酶活性有显著的正相关关系(P<0.01)，这说明了土壤对大气CO2的同化作用主要是自养微生物参与的同化过程，而且可以由RubisCO活性指示土壤自养微生物碳同化能力的强弱.

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