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自养微生物在土壤中广泛分布，能通过多种生物固碳途径固定大气CO2，但人们对土壤微生物的固碳能力及其固碳机理尚不清楚。本研究选择亚热带区8种典型稻田和旱地土壤，设置光照和遮光两个处理，采用室内培养同位素(14C标记)示踪技术结合分子生物学方法(PCR克隆测序，T-RFLP及实时荧光定量PCR)，研究农田土壤固碳微生物种群结构、多样性、数量和固碳酶活性，并进一步探明不同类型农田土壤微生物固碳量，揭示农田土壤微生物固碳潜力及其固碳机理。
获得的主要研究结果如下：
1)利用功能基因cbbL分子标记结合克隆测序及T-RFLP分析，研究了农田固碳功能种群(细菌和藻类)群落结构和多样性。结果表明土壤中固碳细菌的优势类群为红假单胞菌、慢生根瘤菌和劳尔氏菌等。蓝细菌的优势类群为颤藻，其他藻类以黄藻和硅藻居多。不同类型农田土壤固碳细菌和藻类的种群结构存在显著差异，其中土壤有机碳(SOC)与固碳微生物种群结构显著相关(蒙特卡罗检验值P=0.002)，是影响该种群结构的主要环境因子。实时荧光定量PCR结果表明，固碳细菌和藻类cbbL拷贝数分别为106-108copies g-1soil，和103-106copies g-1soil。不同类型农田土壤固碳细菌数量显著高于藻类(P<0.05)，稻田土壤固碳微生物数量均高于旱地土壤，遮光后固碳细菌和藻类数量显著下降(P<0.05)。
2)采用非培养技术测定了农田土壤微生物固碳酶活性(RubisCO)。农田土壤微生物RubisCO活性为0.77-6.73 nmol CO2 g-1soil min-1，土壤酶活性与细菌cbbL基因拷贝数呈显著正相关关系(P<0.05)。稻田土壤微生物RubisCO酶活性高于旱地土壤，遮光后土壤酶活性显著下降。
3)同位素(14C)标记试验结果表明，密闭培养(14C-CO2)80天后，遮光处理土壤中未检测到14C，而光照处理土壤14C-MBC和14C-SOC分别为1.55-10.36mg kg-1，8.44-64.61 mg kg-1，且均与RubisCO显著正相关(P<0.05)，因此，RubisCO活性能较好指示土壤微生物固碳能力。假设陆地表层土壤(非冰川面积1.3×108km2)估算微生物固碳量大约为0.6--4.9 Pgyr-1。
本研究的主要特色和创新在于：1)发现农田土壤微生物具备可观的固碳潜力，并初步量化了亚热带典型稻田和旱地微生物的固碳潜力；2)通过同位素标记与分子生物学技术相结合建立了较为完备的微生物生态功能研究方法；3)提出了以RubisCO酶活性作为土壤微生物固碳潜力的估算方法。