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科学家揭示微生物在陆地生态系统磷循环中的关键作用

[所属分类:行业动态] [发布时间:2026-6-17] [发布人:杨晓燕] [阅读次数:] [返回]

科学家揭示微生物在陆地生态系统磷循环中的关键作用
作者：赵宇彤来源：中国科学报
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磷是生命体必需但通常限制生态系统生产力的关键大量元素，深刻影响着陆地生态系统的初级生产力和微生物活动。然而，微生物磷循环的全球格局、驱动机制及其与生态系统功能的联系尚缺乏系统梳理。中国科学院新疆生态与地理研究所副研究员Akash Tariq，系统阐述了微生物调控陆地磷循环的三种核心机制：酶调控的生物矿化、矿物质溶解和内部循环。近期，相关研究成果发表于《自然综述-微生物学》。
据悉，与具有气相过程的碳、氮循环不同，陆地磷循环主要受土壤生物地球化学过程调控，其中微生物在磷的有机、无机及生物分子形态转化中发挥着至关重要的作用。
研究基于微生物调控陆地磷循环的三种核心机制，进一步提出微生物磷适应性演化理论，指出长期磷匮乏状态驱动微生物群落在演化与生态层面发生转变，使其向增强磷获取投入、多聚磷酸盐代谢及脂质重塑方向演变。研究还探讨了环境因子、土地利用方式及气候如何调控这些微生物响应。例如，在极干旱的沙漠（如阿塔卡马和塔克拉玛干沙漠）中，由链霉菌和氯柔菌主导的微生物群落，通过上调磷酸酶、储存多聚磷酸盐以应对罕见降雨脉冲，同时积累相容溶质、产生胞外聚合物，以缓冲渗透压和紫外线胁迫、保持水分。
研究强调，将微生物磷循环过程纳入生态系统模型、制定可持续的磷智能管理策略，已成为应对土壤退化、粮食安全和环境变化等全球性挑战的关键路径。
在基础科学层面，微生物磷适应性演化理论需通过土壤年代序列、气候梯度与实验操纵等手段进行系统验证，重点测定磷酸酶动力学、高亲和力磷摄取能力、多聚磷酸盐动力学及其基因组结构等关键性状。
在技术层面，这些性状可转化为土壤“磷健康”诊断指标，如构建整合功能基因丰度、酶活性及微生物化学计量特征的复合指标体系，并依托同位素示踪、先进光谱学、单细胞成像及病毒—宿主互作组学等方法，解析磷在微生物组分中的通量。
在管理层面，上述指标可指导精准磷肥施用与土壤改良策略，促进土壤遗留磷的活化利用，保护关键微生物共生关系。通过推进性状生态学、土壤生物地球化学与模型引导管理的协同议程，有望减少对外源磷的依赖，提升土壤磷保留效率，最终实现以微生物机制为核心的可持续磷管理。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41579-026-01296-w
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