PNAS最新研究：青藏高原多年冻土退化下活动层土壤的微生物稳定性

2021年6月15日，中国科学院西北生态环境资源研究院、中国科学院大学资源与环境学院、青岛华大基因研究院等机构的科研团队在美国国家科学院院刊（PNAS）在线发表题为Reduced microbial stability in the active layer is associated with carbon loss under alpine permafrost degradation的研究文章，揭示了青藏高原多年冻土退化下碳损失的微生物机制，为多年冻土区土壤碳稳定性的微生物调节提供了新视角，也为未来气候情景的模型预测奠定了生物学基础。

支持此项研究结果的数据已存储于国家基因库生命大数据平台（CNGBdb），项目编号为：CNP0001030。 

研究背景

多年冻土区储存着大量有机碳，约占全球土壤碳库的一半以上。气候变暖背景下，多年冻土退化导致土壤有机碳降解并以温室气体形式释放，进一步加剧气候变暖。作为生物地球化学循环的“引擎”，微生物在调控多年冻土区土壤碳循环中发挥关键作用。然而，有关多年冻土退化下土壤微生物群落稳定性变化特征及其同碳损失关联机制的系统认知依然缺乏。此外，以往研究往往忽视了更为活跃、受气候变化直接影响更大的活动层土壤，且对青藏高原多年冻土区的相关研究尤其缺乏，因此难以深入认识全球变暖背景下多年冻土退化的生态与气候效应。 

研究内容

以中国科学院西北生态环境资源研究院（简称西北研究院）、中国科学院大学为核心的联合研究团队，在疏勒河源冰冻圈与生态环境综合监测研究站（西北研究院与祁连山国家公园青海省管理局共建站）的长期定位监测点开展研究，通过分析不同类型多年冻土区活动层土壤微生物的群落特征，发现多年冻土退化降低了活动层土壤微生物群落的稳定性，表现在重度退化多年冻土区活动层土壤微生物对环境变化的敏感性更高（图1）、微生物共现网络更不稳定（图2A）且稳健性更低（图2B）。尤为重要的是，多年冻土退化下的活动层土壤微生物稳定性下降和碳损失紧密关联，即微生物群落的相异性每增加10%，重度退化的多年冻土区土壤碳损失增加0.1-1.5%（图3）。因此，多年冻土退化下的土壤微生物响应特征很可能介导了高寒生态系统对气候变暖的正反馈。 

图1 土壤微生物群落相似性和环境距离之间的关系 图2 土壤微生物群落共现网络（A）和稳健性（B）分析 图3 土壤碳密度和微生物群落相异性的关联

西北研究院冰冻圈科学国家重点实验室博士研究生吴明辉及陈生云研究员、青岛华大基因研究院陈建威助理研究员为共同第一作者，陈生云研究员和中国科学院大学资源与环境学院薛凯副教授（长聘教轨）为共同通讯作者。 

该研究获国家自然科学基金重大项目（41690142）、中国科学院战略性先导科技专项（A类）（XDA20050104）、第二次青藏高原综合科学考察研究（2019QZKK0304）和国家自然科学基金面上项目（41871064）等联合资助。

首发公号：国家基因库大数据平台  

参考文献

Wu M H, Chen J W, Xue K, et al. Reduced microbial stability in the active layer is associated with carbon loss under alpine permafrost degradation[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2021.

信息来源：“青岛华大”公众号、中国科学院-西北生态资源研究所。

图片源于PNAS官网和“青岛华大”公众号。