地球上的大部分碳都被困在土壤中，科学家们已经假设，潜在的气候变暖化合物可以安全地留在那里几个世纪。但普林斯顿大学的一项新研究表明，碳分子从土壤中逃逸的速度可能比之前认为的要快得多。研究结果表明，某些类型的土壤细菌发挥了关键作用，它们可以产生酶，分解大型碳基分子，使二氧化碳逸出到空气中。
土壤中储存的碳比地球上所有植物和大气的总和还要多，而土壤吸收了人类产生的碳排放的20%左右。然而，影响土壤碳储存和释放的因素一直具有挑战性，这限制了土壤碳模型预测气候变化的相关性。新的研究结果有助于解释越来越多的证据表明，大的碳分子从土壤中释放出来的速度比一般模型假设的要快。
“我们提供了一种新的见解，那就是生物学令人惊讶的作用，以及它与碳是否仍然储存在土壤中的联系，”合著者霍华德·斯通(Howard Stone)说，
杏耀平台经营之道 ，他是1969年唐纳德·r·迪克森(Donald R. Dixon)和伊丽莎白·w·迪克森(Elizabeth W. Dixon)机械和航空航天工程教授。
在1月27日发表在《自然通讯》杂志上的一篇论文中，由前博士后研究员Judy Q. Yang领导的研究人员开发了“芯片上的土壤”实验，模拟土壤、碳化合物和土壤细菌之间的相互作用。他们用一种合成的透明粘土代替土壤中的粘土成分，杏耀资金这些粘土成分在吸收含碳分子方面起着最大的作用。
这种“芯片”是一种改良的显微镜载玻片，或称微流体装置，包含有半厘米长、几倍于人类头发宽度(约400微米)的硅壁通道。通道两端的入口和出口管道允许研究人员注入合成粘土溶液，然后注入含有碳分子、细菌或酶的悬浮液。
在用透明粘土覆盖这些通道后，研究人员加入荧光标记的糖分子，模拟从植物根部渗漏出的含碳营养物质，尤其是在降雨期间。这些实验使研究人员能够直接观察到碳化合物在黏土中的位置，以及它们随流体流动的实时反应。
小的和大的糖基分子都附着在合成粘土上，当它们流过该装置时。与目前的模型一致，小分子很容易被移走，而大分子仍然被困在粘土中。
当研究人员将一种常见的土壤细菌铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)添加到芯片上的土壤设备中时，这种细菌无法到达粘土小孔隙内的营养物质。然而，某些土壤细菌释放的酶——葡聚糖酶，可以分解合成粘土中的营养物质，使更小的糖分子可用来为细菌的新陈代谢提供燃料。在环境中，这可能导致大量的二氧化碳从土壤中释放到大气中。
研究人员通常认为，较大的碳化合物一旦粘在粘土表面就不会被释放出来，从而导致长期的碳储存。最近的一些实地研究表明，这些化合物可以从粘土中分离出来，但原因一直很神秘，首席作者杨说。他在普林斯顿大学(Princeton)做博士后时进行了这项研究，现在是明尼苏达大学(University of Minnesota)的助理教授。
杨教授说:“这是一个非常重要的现象，因为它表明，土壤中封存的碳可以被释放出来(并在未来的气候变化中发挥作用)。”“我们提供了碳是如何释放的直接证据——我们发现细菌产生的酶发挥了重要作用，但这经常被气候模型研究所忽视”，“这些研究假设粘土保护土壤中的碳数千年。”
这项研究源于Stone和合著者Ian Bourg的对话。Ian Bourg是土木与环境工程的助理教授，同时也是High Meadows环境研究所的研究员。Stone的实验室使用微流控设备来研究合成纤维和细菌生物膜的特性，而Bourg在粘土矿物的表面地球化学方面具有专长——由于其精细的结构和表面电荷，粘土矿物被认为对土壤碳存储贡献最大。
Stone, Bourg和他们的同事意识到有必要对广泛使用的碳储存模型中的一些假设进行实验测试。杨加入了斯通的团队领导这项研究，并与地球科学助理教授张新宁(音)合作。张新宁是高梅多斯环境研究所(High Meadows Environmental Institute)的研究员，研究细菌的代谢及其与土壤环境的相互作用。
劳伦斯伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory)气候科学系的研究科学家唐锦云(音)指出，近年来，他和其他人观察到土壤中大碳分子的降解，并推测这是由生物产生的酶介导的。
普林斯顿团队的观察“为我们的假设提供了非常有力的支持，”没有参与这项研究的唐说。他补充说，这项研究的技术也可以用于探索这样的问题:“小尺寸碳分子和粘土颗粒之间的可逆相互作用是否会导致微生物的碳饥饿，并有助于碳稳定?”这种相互作用是如何帮助维持土壤中微生物的多样性的?这是一个非常令人兴奋的开始。”
未来的研究将测试模型系统中的细菌是否能够释放自身的酶来降解大碳分子，杏耀平台并将其转化为能量，在这个过程中释放二氧化碳。
该研究的作者说，虽然Tang描述的碳稳定是可能的，但新发现的现象也可能产生相反的效果，有助于形成一个正反馈循环，有可能加剧气候变化的速度。其他实验显示“启动”效应,在土壤中增加小糖分子导致土壤碳释放,这可能会反过来导致细菌生长更快,释放更多的酶进一步分解较大的碳分子,从而进一步增加细菌的活动。
