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xuexigezhongjinengshijianhaoshi。woxiwangnihuixihuantaminshengfuwu：benditianqi，jiaofei，goupiao，shenghuozhaxunkeshoudongtianjia，kesaomadaoruerqieyigerenchuyouyehuigenjubijiaodegudan，zhaodaonenggouyiqiwandehuobanyeshifeichangbucuodemeiridoutigongliangshiliutongdezuixinjiage，bianyuyonghulejie高(gao)群(qun)：從(cong)土(tu)壤(rang)微(wei)生(sheng)物(wu)中(zhong)找(zhao)到(dao)“寶(bao)藏(zang)”（科(ke)創(chuang)正(zheng)青(qing)春(chun)）

高群在(zai)實(shi)驗(yan)室(shi)工(gong)作(zuo)

高群在野(ye)外(wai)進(jin)行(xing)土壤采(cai)樣(yang)。受(shou)訪(fang)者(zhe)供(gong)圖(tu)

談(tan)起(qi)“雙(shuang)碳(tan)”，妳(ni)會(hui)想(xiang)到什(shen)麽(me)？或(huo)許(xu)是(shi)大(da)氣(qi)中的(de)二(er)氧(yang)化(hua)碳、气候(hou)變(bian)化、綠(lv)色(se)能(neng)源(yuan)的應(ying)用(yong)……

事(shi)实上(shang)，“双碳”不(bu)僅(jin)與(yu)“天(tian)空(kong)”有(you)關(guan)，也(ye)与“大地(di)”密(mi)不可(ke)分(fen)——作為(wei)地球(qiu)陸(lu)地生態(tai)系(xi)統(tong)中碳含(han)量(liang)最(zui)大的生态系统，土壤的碳儲(chu)量約(yue)为大气的2—3倍(bei)、植(zhi)被(bei)的3—4倍，對(dui)於(yu)調(tiao)控(kong)气候变化和(he)碳中和的实現(xian)具(ju)有重(zhong)要(yao)意(yi)義(yi)。

清(qing)華(hua)大學(xue)環(huan)境(jing)学院(yuan)博(bo)士(shi)後(hou)高群就(jiu)是壹(yi)名(ming)与土壤打(da)交(jiao)道(dao)的科学家(jia)。她(ta)从土壤中的微生物入(ru)手(shou)，实现了(le)碳排(pai)放(fang)的預(yu)測(ce)優(you)化，尋(xun)找出(chu)減(jian)汙(wu)降(jiang)碳的新(xin)技(ji)術(shu)。用高群的話(hua)來(lai)說(shuo)，她的研(yan)究(jiu)就是从“挖(wa)土”到“挖宝藏”的過(guo)程(cheng)。

揭(jie)示(shi)土壤碳排放的奧(ao)秘(mi)

“和人(ren)類(lei)一样，土壤也会通(tong)过‘呼(hu)吸(xi)’排出二氧化碳，這(zhe)就是土壤的碳排放过程。”高群介(jie)紹(shao)，保(bao)護(hu)土壤碳庫(ku)的大小(xiao)和穩(wen)定(ding)性(xing)，是緩(huan)解(jie)气候变化的重要舉(ju)措(cuo)。

《科学》雜(za)誌(zhi)曾(zeng)經(jing)將(jiang)土壤稱(cheng)为“最后的科学前(qian)沿(yan)”，揭示了土壤生物的多(duo)样性、復(fu)杂性和重要性。近(jin)年(nian)来，土壤学科發(fa)展(zhan)和科学地位(wei)不斷(duan)提(ti)升(sheng)。特(te)別(bie)是在全(quan)球气候变化挑(tiao)戰(zhan)日(ri)益(yi)嚴(yan)峻(jun)的當(dang)下(xia)，土壤碳封(feng)存(cun)已(yi)被《聯(lian)合(he)國(guo)气候变化框(kuang)架(jia)公(gong)约》列(lie)为实现長(chang)期(qi)碳中和的关鍵(jian)途(tu)徑(jing)之(zhi)一。

“土壤中大部(bu)分的碳储量集(ji)中在高緯(wei)度(du)地區(qu)特别是寒(han)冷(leng)的冰(bing)凍(dong)地区。比(bi)如(ru)青藏高原(yuan)就是我(wo)国重要的‘碳库’，也是生态脆(cui)弱(ruo)敏(min)感(gan)区。”高群说，调控土壤碳含量，助(zhu)力(li)“双碳”实踐(jian)，这是一個(ge)聽(ting)上去(qu)簡(jian)單(dan)，但(dan)实際(ji)上極(ji)其(qi)复杂的科学問(wen)題(ti)。

利(li)用青藏高原等(deng)地区的監(jian)测數(shu)據(ju)，高群所(suo)在的研究團(tuan)隊(dui)对全球土壤碳排放的時(shi)空变異(yi)規(gui)律(lv)进行了探(tan)索(suo)。研究发现，过去30年間(jian)，全球的土壤碳排放在21世(shi)紀(ji)初(chu)期发生了短(duan)暫(zan)的“停(ting)頓(dun)”，这是因(yin)为此(ci)间全球气候溫(wen)度的升高进入了停滯(zhi)期。

与此同(tong)时，高群等科学家還(hai)通过研究，揭示了气候变化影(ying)響(xiang)下青藏高原碳匯(hui)功(gong)能和变化特征(zheng)，該(gai)成(cheng)果(guo)被列为第(di)二次(ci)青藏科考(kao)的重要进展之一。

打造(zao)微生物碳循(xun)环模(mo)型(xing)

土壤碳库如此重要，它(ta)是如何(he)形(xing)成並(bing)储存在土壤中的？在傳(chuan)统觀(guan)念(nian)中，人們(men)認(ren)为植物的“枯(ku)枝(zhi)落(luo)葉(ye)”是土壤碳储存的主(zhu)要来源。很(hen)多土壤碳库模型也将植物中的木(mu)質(zhi)素(su)作为表(biao)征稳定碳库的重要參(can)数。

然(ran)而(er)，科学家们逐(zhu)漸(jian)发现，土壤碳循环过程中有一批(pi)重要的“生力軍(jun)”——微生物。它们雖(sui)然个體(ti)微小，卻(que)与人类和生态系统关系密切(qie)。

“微生物是生态系统的分解者，它们通过分解有機(ji)物，把(ba)土壤中的有机碳变成無(wu)机的二氧化碳。”高群说。有趣(qu)的是，微生物还能通过合成代(dai)謝(xie)，将碳轉(zhuan)化成某(mou)種(zhong)形式(shi)储存于土壤中。

“这一被称为‘微生物碳泵(beng)’的过程，是一个现实可行又(you)无环境風(feng)險(xian)的固(gu)碳途径。”高群说。

近年来，土壤微生物对碳循环和气候变化的作用得(de)到越(yue)来越多的关註(zhu)。2019年，来自(zi)多个国家的33名科学家联合撰(zhuan)文(wen)呼籲(xu)，将微生物科研融(rong)入主流(liu)气候变化研究和气候变化框架中，以(yi)应对人为造成的气候变化问题。

要想摸(mo)清微生物的奥秘并不容(rong)易(yi)。“微生物的碳循环过程非(fei)常(chang)微观，我们看(kan)不見(jian)、摸不著(zhe)。如何将微生物的功能特性納(na)入到土壤碳库模型中，这是一个国际難(nan)题。”高群说。

经过数年的潛(qian)心(xin)研究，高群所在的科研团队開(kai)发出了基(ji)于微生物功能基因的新型碳库模型，这一成果推(tui)動(dong)了微生物組(zu)学与宏(hong)观气候变化生态学的融合，实现了对碳排放的预测优化，得到了世界(jie)上该領(ling)域(yu)很多科学家的廣(guang)泛(fan)认可。

为“双碳”寻找“天才(cai)”菌(jun)株(zhu)

我们常说的微生物，涵(han)蓋(gai)了有益与有害(hai)的眾(zhong)多微生物种类，包(bao)括(kuo)細(xi)菌、病(bing)毒(du)、真(zhen)菌以及(ji)一些(xie)小型的原生生物、顯(xian)微藻(zao)类等在內(nei)的一大类生物群体。高群介绍，在1克(ke)土壤中，微生物的数量多達(da)108—1012个，而人类目(mu)前已知(zhi)的微生物只(zhi)占(zhan)1%，其余(yu)99%的微生物，其功能仍(reng)是不可知和不可预测的。

既(ji)然微生物对固碳有重要作用，那(na)么究竟(jing)是哪(na)些微生物有这样“神(shen)奇(qi)”的能力？高群的又一項(xiang)研究，是把这样的微生物找出来，讓(rang)它们在更(geng)多場(chang)景(jing)发揮(hui)作用。

“我们通过多年的野外定位实验，发现并篩(shai)選(xuan)出了一部分在碳降解、碳固定方(fang)面(mian)起到重要作用的微生物，将他(ta)们的功能基因纳入到模型中。”高群说，科研团队挖掘(jue)出了一批具有雌(ci)激(ji)素降解功能的菌，通过将其与生物炭(tan)結(jie)合的方法(fa)，实现了土壤减污与降碳協(xie)同技术的初步(bu)研发。在实验室條(tiao)件(jian)下，生物炭平(ping)均(jun)可以使(shi)土壤的二氧化碳减排24%，而高效(xiao)固碳酶(mei)在工業(ye)廢(fei)气、汽(qi)車(che)尾(wei)气等固碳应用中有很好(hao)的產(chan)业化前景。

“微生物是一筆(bi)巨(ju)大的隱(yin)形財(cai)富(fu)。”高群说，“我相(xiang)信(xin)土壤中一定还存在着一些‘天才’菌株。如果能夠(gou)将它们的功能和应用发掘出来、解釋(shi)清楚(chu)、规模应用，一定会对‘双碳’目標(biao)的实现起到重要作用。”

在“沈(chen)默(mo)”中探索攻(gong)堅(jian)

从大学开始(shi)，高群就与环境科学结下了緣(yuan)分。“最初选擇(ze)环境專(zhuan)业，是覺(jiao)得‘环境’这个詞(ci)看上去挺(ting)文藝(yi)，后来进入到土壤微生物领域，是因为微生物看上去很有神秘感。”在环境科学领域耕(geng)耘(yun)数年之后，高群对这一专业有了更多的认知和理(li)解。

“环境科技工作者的角(jiao)色就像(xiang)是給(gei)地球‘治(zhi)病’的‘醫(yi)生’，通过治理水(shui)体、土壤、大气、固体废棄(qi)物污染(ran)，为地球的各(ge)个表面和圈(quan)層(ceng)治療(liao)‘痼(gu)疾(ji)’。”高群说。

与土壤和微生物打交道，是一个磨(mo)煉(lian)心性、坐(zuo)冷板(ban)凳(deng)的过程。高群介绍，在减污降碳技术开发过程中，科研团队为了追(zhui)蹤(zong)雌激素在环境中的传播(bo)足(zu)跡(ji)，需(xu)要沿着其可能的传播鏈(lian)条，对各个环節(jie)的土壤进行大量采样。采集土壤后，还要完(wan)成冻幹(gan)、预處(chu)理以及后續(xu)的研磨和固相萃(cui)取(qu)等工作，最終(zhong)把需要鑒(jian)别的污染物提取分離(li)出来，再(zai)测定其濃(nong)度。

“基礎(chu)研究需要很长时间的‘沉默成本(ben)’。”高群说，要坐好、坐稳基础研究的冷板凳，既要有興(xing)趣，也需要情(qing)懷(huai)。近年来，国家出臺(tai)一系列政(zheng)策(ce)支(zhi)持(chi)基础研究，支持青年科技人才挑大梁(liang)、擔(dan)重任(ren)，这给像高群一样的科学家创造了机遇(yu)。

“青年科学家要珍(zhen)惜(xi)这个时代，肩(jian)負(fu)起自己(ji)的責(ze)任和使命(ming)。我会繼(ji)续沿着关键的科学领域进行深(shen)入研究，在微生物固碳、微生物介導(dao)的减污降碳等领域不断探索、攻坚克难。”高群说。（記(ji)者 劉(liu)峣(峣)）

中国科协科学技术传播中心与本報(bao)合作推出

《 人民(min)日报海(hai)外版(ban) 》（ 2023年07月(yue)06日 第09版）

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