《碳汇形成分类与计算评估方法学概论》连载之十八

编者按  为给全国煦丰碳中和组织各级工委，国内985、211、双一流等高校，全球碳排放权、碳汇交易机构提供全球范围内的碳汇形成分类和碳汇计算评估方法学专业理论知识和具体实践办法，全国煦丰碳中和知识产权组织和《碳同化碳中和组合物光合溶剂、其制备方法及其应用》发明专利发明团队编著了中共中央国务院新质生产力杰出代表/煦丰碳中和技术培训系列教材之九《碳汇形成分类与计算评估方法学概论总目录》。本教材总目录共分37章172节570分节。今天发布的是：

《碳汇形成分类与计算评估方法学概论》连载之十八

第18章

微生物碳汇分类及

计算评估方法学

微生物碳汇（Microbial Carbon Sequestration）是指通过微生物的代谢活动将大气中的CO₂或有机碳转化为稳定的生物量或惰性有机碳，并将其长期固定在土壤、沉积物或其他环境介质中的过程。微生物在全球碳循环中扮演核心角色，既能驱动碳分解（释放CO₂和CH₄），也能促进碳固定（形成微生物残体、胞外聚合物或矿物结合碳）。

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第01节  微生物碳汇的分类

微生物碳汇可根据固碳机制、碳储存形式及生态系统类型进行分类。

一、按固碳机制分类

类型/主要微生物类群/固碳途径/碳储存形式

（一）光合微生物固碳

蓝藻（Cyanobacteria）、紫硫细菌通过光合作用固定CO₂，形成有机碳（如糖类、脂类）。生物量、胞外多糖（EPS）、有机质。

（二）化能自养微生物固碳

硝化细菌、硫氧化细菌、氢细菌利用化学能（如NH₄⁺、H₂S、H₂）还原CO₂，合成有机碳（如乙酸、甲烷）。微生物细胞碳、代谢产物。

（三）异养微生物碳稳定化

真菌、放线菌、部分细菌分解有机质后，部分碳转化为微生物残体（如几丁质、肽聚糖），或与矿物结合形成稳定有机-矿物复合体。微生物坏死物质（necromass）、矿物结合碳。

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二、按碳储存形式分类

类型/碳储存载体/稳定性/典型环境

（一）活体微生物碳

微生物细胞生物量低（易分解）所有生态系统。

（二）微生物残体碳

死菌体（如真菌几丁质、细菌肽聚糖）中-高土壤、沉积物。

（三）矿物结合碳

微生物代谢产物与黏土/铁铝氧化物结合极高土壤、海洋沉积物。

（四）胞外聚合物（EPS）碳

微生物分泌的多糖、蛋白质中生物膜、湿地。

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三、按生态系统分类

一、土壤微生物碳汇：如根际微生物、腐生菌。

二、海洋微生物碳汇：如浮游蓝藻、化能自养古菌。

三、湿地微生物碳汇：如产甲烷菌与甲烷氧化菌的平衡。

四、人工系统微生物碳汇：如生物炭-微生物共固定、废水处理系统中的微生物碳捕获。

第02节  微生物碳汇计算与评估方法学

微生物碳汇的量化极具挑战性，需结合生物地球化学、同位素示踪、分子生物学和模型模拟等方法。

一、微生物生物量碳（MBC）测定

（一）氯仿熏蒸提取法（CFE）：通过熏杀微生物后测定释放的碳，计算微生物生物量。

（二）磷脂脂肪酸分析（PLFA）：特定磷脂标记不同微生物类群，估算其生物量。

（三）qPCR/高通量测序：基于16S rRNA或功能基因（如固碳基因cbbL）定量微生物丰度。

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二、微生物残体碳的量化

（一）氨基糖标记法：真菌残体（几丁质中的葡糖胺）和细菌残体（胞壁酸）可作为特异性标志物。

（二）稳定同位素探针（SIP）：用¹³C或¹⁵N标记底物，追踪微生物同化碳的归宿。

三、矿物结合碳的测定

（一）密度分级法：通过重液分离轻组（游离有机碳）和重组（矿物结合碳）。

（二）X射线吸收光谱（XANES/NEXAFS）：分析碳与矿物的化学结合形态。

四、微生物固碳速率评估

（一）微宇宙实验：在控制条件下（如¹³CO₂标记）测定微生物固碳效率。

（二）代谢通量分析：结合基因组（如KEGG通路）和代谢模型（如FBA）预测固碳潜力。

五、模型模拟

（一）微生物显式模型（MEMS,DEMENT）：模拟微生物生长、死亡及碳转化过程。

（二）地球系统模型（CLM, MIROC）：整合微生物过程到全球碳循环预测中。

第03节  微生物碳汇的重大意义

一、增强土壤碳汇：微生物残体占土壤有机碳的30-50%，是“持久性碳库”的关键来源。

二、调控温室气体：甲烷氧化菌可减少CH₄排放，化能自养菌可固定CO₂。

三、生态修复应用：蓝藻结皮固沙、湿地微生物净化水体并固碳。

四、碳中和新技术：合成生物学改造高效固碳菌株（如工程化蓝藻、氢细菌）。

第04节  总结

微生物碳汇是隐藏的“地下碳泵”，其分类和评估需多学科交叉。未来突破点在于：

一、精准量化：微生物残体对稳定碳库的贡献；

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二、人工调控：微生物群落以增强固碳（如益生菌接种）；

三、开发微生物碳汇方法学：推动其纳入碳交易体系。

这一领域的研究将重新定义“碳汇”的边界，为气候治理提供微生物解决方案。