干旱、半干旱地区在地球陆地表面广泛分布,由于这些地区自然条件严酷,植被生产力低下,一直被认为是向大气排放二氧化碳（CO₂）的源。而近年来全球范围的研究已证实,干旱生态系统的土壤能够固定大气CO₂,这为探寻碳失汇（missingsink）问题提供了重要的线索。然而,目前的物理和化学过程并不能完全解释该现象。本研究在已有研究基础上,提出土壤固定大气C02的微生物途径假说,认为土壤的某些微生物,能够将大气CO₂转化为土壤有机碳和无机碳。为验证该假设,本研究以毛乌素沙地为研究区,利用高通量测序、稳定碳同位素示踪、含碳矿物生成实验、X射线衍射分析、扫描电镜分析等技术手段,研究了沙地土壤中具有固碳功能的微生物类群,以及土壤微生物将大气CO₂转化为土壤有机碳和无机碳的具体途径。主要研究结果及结论如下:（1）在毛乌素沙地土壤中检测到了存在自养固碳基因的微生物,其中编码还原柠檬酸循环的基因相对丰度最高。这些自养微生物隶属于放线菌门（Actinobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）等。通过稳定碳同位素示踪试验,发现沙地土壤自养微生物可将大气C02转化为土壤有机碳。该途径固定的大气C02占土壤吸收大气C02的3.85%。该自养固碳过程是沙地土壤吸收大气C02的重要生物转化机制。（2）毛乌素沙地土壤中不仅存在自养固碳微生物,也存在异养固碳途径的微生物,且自养固碳微生物的数量要远多于异养固碳微生物。固碳微生物中只有很小一部分利用还原戊糖磷酸循环（主要为光合途径）固碳,绝大部分通过非光合途径固碳。这些固碳微生物能够将C02转化为土壤有机碳,且其固定C02的能力受固碳微生物中采用特定自养途径和异养C02固定途径的微生物组成的影响。（3）通过分离纯化土壤中的微生物,得到的6种细菌（节细菌Arthrobactersp.、红球菌Rhoadococcussp.等）以作为成核位点和提高溶液pH等方式诱导无机碳（碳酸钙,主要形态为方解石和球霰石）形成。通过¹³C02示踪,证实了大气C02参与了细菌形成含碳矿物的过程。（4）在¹³CO₂环境中的培养实验发现,¹³C在微生物的作用下被吸收进入了土壤无机碳库,且其转化速率与土壤微生物群落组成及相关代谢过程相关。同时,在控制实验条件下发现微生物群落能够诱导形成无机碳（方解石、含碳硅铝酸盐）。通过该过程初步发现沙地土壤微生物能将大气CO₂固存在土壤无机碳库中。以上研究表明,大气CO₂可经固碳微生物同化为有机碳。沙地土壤微生物能够将大气CO₂封存在土壤无机碳库中。本研究为深入认识沙地土壤吸收大气CO₂的现象提供了微生物途径机制的解释。沙地土壤固定大气CO₂的微生物途径很可能是沙地土壤碳库形成和维持的重要机制,而如何在长时间尺度上确定微生物生成有机碳和形成无机碳的速率以及去向,以及将微生物形成含碳矿物的特性作为一种技术手段在防沙治沙中的应用,仍需深入研究。