Tìm hiểu về cách vi khuẩn xử lý carbon: Cái nhìn toàn cầu về những "công nhân" thầm lặng của đất

Cò Hương

01-04-2025

Kingfisher and Stork agree to share farming duties, and no discrimination is allowed. The remunerations are different, though: Kingfisher is responsible for the perch and, thus, can have more of the perch, whereas Stork gets the crucian carp.

Trích “Joint Venture”; Wild Wise Weird [1]

Vi khuẩn đất đóng một vai trò then chốt trong chu trình carbon của Trái Đất, tuy nhiên không phải tất cả các chức năng xử lý carbon của vi khuẩn đều giống nhau. Một phân tích tổng hợp toàn cầu toàn diện của Sun và cộng sự [2] tiết lộ rằng vi sinh vật đất sử dụng carbon thông qua hai con đường cơ bản khác nhau - ngoại sinh (nguồn carbon bên ngoài, chẳng hạn như lá cây rụng) và nội sinh (nguồn dự trữ carbon bên trong đất) - và các con đường này phản ứng khác nhau đối với các áp lực môi trường.

Nghiên cứu tập trung vào hai chỉ số khác biệt về hiệu suất sử dụng carbon của vi khuẩn (carbon use efficiency - CUE) [3]: CUEex, đo lường hiệu quả vi khuẩn chuyển đổi carbon bên ngoài thành sinh khối, và CUEen, đánh giá hiệu quả của chúng trong việc sử dụng carbon đất hiện có [4,5]. Phân tích 368 bộ dữ liệu từ các hệ sinh thái trên toàn thế giới, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra các mô hình địa lý tương phản: CUEex giảm khi vĩ độ tăng, trong khi CUEen tăng, cho thấy các chiến lược vi khuẩn sử dụng carbon khác nhau giữa các vùng khí hậu.

Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng các yếu tố thay đổi toàn cầu tác động đến các hiệu suất này theo những cách khác biệt rõ rệt. Sự ấm lên làm giảm cả CUEex và CUEen, với sự suy giảm đáng kể hơn được quan sát thấy ở các con đường nội sinh (endogenous pathways). Ngược lại, hạn hán dẫn đến sự gia tăng 7,9% ở CUEex, cho thấy rằng vi khuẩn tăng cường sử dụng carbon bên ngoài khi gặp căng thẳng do thiếu nước, đồng thời gây ra sự giảm 14,3% ở CUEen. Việc bổ sung chất dinh dưỡng, đặc biệt là phân bón nitơ và NPK, có tác dụng kép: chúng làm tăng CUEen lên tới 43,1%, thúc đẩy sự phát triển của vi khuẩn từ carbon bên trong, nhưng lại ức chế CUEex tới 17,1%, có thể là do sự thay đổi thành phần quần xã vi khuẩn hoặc sự thay đổi trong các chiến lược phân bổ tài nguyên.

Các yếu tố cơ bản chi phối hiệu suất sử dụng carbon của vi khuẩn khác nhau giữa các con đường. CUEex chủ yếu bị chi phối bởi các yếu tố khí hậu và hóa học của đất, chẳng hạn như chỉ số khô hạn, độ pH của đất và khả năng trao đổi cation. Ngược lại, CUEen bị ảnh hưởng mạnh mẽ hơn bởi các đặc điểm sinh lý của vi khuẩn, bao gồm tốc độ hô hấp, tốc độ tăng trưởng và sinh khối vi khuẩn [2].

Những phát hiện này thách thức các giả định được dùng trong nhiều mô hình địa hóa học hiện tại, vốn thường coi CUE của vi khuẩn là một giá trị tĩnh hoặc chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ. Nghiên cứu nhấn mạnh tầm quan trọng của việc tính đến cả loại nguồn carbon và bối cảnh môi trường trong các mô hình dự đoán. Làm như vậy có thể tăng cường đáng kể khả năng dự báo động lực lưu trữ carbon trong đất và lượng khí thải nhà kính trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng gia tăng.

Nghiên cứu này tiết lộ động lực phức tạp của các tương tác giữa vi khuẩn và carbon, đồng thời làm nổi bật các chiến lược thích ứng của vi sinh vật đất trước sự thay đổi môi trường toàn cầu. Bằng cách nhận ra và kết hợp các hành vi khác biệt trong việc sử dụng carbon của vi khuẩn vào các mô hình sinh thái, chúng ta đã thực hiện một bước quan trọng hướng tới việc quản lý chính xác hơn mối liên hệ giữa tự nhiên và con người - cân bằng chức năng hệ sinh thái, khả năng phục hồi khí hậu và quản lý đất bền vững [6].

Tài liệu tham khảo

[1] Vuong QH. (2024). Wild Wise Weird. https://www.amazon.com/dp/B0BG2NNHY6/

[2] Sun X, et al. (2025). Contrasting exogenous and endogenous soil microbial carbon use efficiencies under global changes. Global Ecology and Biogeography, 34, e70027. https://doi.org/10.1111/geb.70027 

[3] Tao F, et al. (2023). Microbial carbon use efficiency promotes global soil carbon storage. Nature, 618, 981-985. https://www.nature.com/articles/s41586-023-06042-3 

[4] Brant JB, et al. (2006). Microbial community utilization of added carbon substrates in response to long-term carbon input manipulation. Soil Biology and Biochemistry, 38(8), 2219-2232. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2006.01.022 

[5] Spohn M, et al. (2016). Soil microbial carbon use efficiency and biomass turnover in a long-term fertilization experiment in a temperate grassland. Soil Biology and Biochemistry, 97, 168-175. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2016.03.008 

[6] Nguyen MH. (2024). How can satirical fables offer us a vision for sustainability? Visions for Sustainability. https://ojs.unito.it/index.php/visions/article/view/11267