多年凍土區(qū)儲存著全球近1/3的土壤有機碳，在陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)中起著至關(guān)重要的作用。作為生物地球化學(xué)循環(huán)的引擎，土壤微生物在調(diào)節(jié)多年凍土區(qū)生物地球化學(xué)循環(huán)過程、維持凍土生態(tài)系統(tǒng)多功能性等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。然而，目前學(xué)術(shù)界尚不清楚多年凍土區(qū)土壤微生物結(jié)構(gòu)和功能的垂直分異規(guī)律，尤其缺乏大尺度觀測證據(jù)。

國家植物園（南園）楊元合研究組基于區(qū)域尺度的野外采樣，結(jié)合16S rRNA擴增子測序和宏基因組測序技術(shù)，解析了青藏高原多年凍土區(qū)土壤微生物結(jié)構(gòu)和功能的垂直分異特征。

青藏高原多年凍土區(qū)土壤微生物結(jié)構(gòu)和功能的垂直變化

研究人員發(fā)現(xiàn)，微生物群落α多樣性隨土壤深度增加而顯著下降，但β多樣性顯著上升。不同深度土壤微生物群落特化種存在差異：表層土壤為丙桿菌目、伯克氏菌目和去絨毛球藻目，亞表層土壤為擬桿菌目，而凍土層土壤則主要為紅桿菌目和蓋勒氏目。多年凍土區(qū)土壤微生物群落構(gòu)建主要取決于擴散限制和生態(tài)漂變，但二者的相對重要性在不同土層存在差異：表層土壤中生態(tài)漂變過程更為重要，而深層土壤中擴散限制過程占主導(dǎo)地位。

進一步研究發(fā)現(xiàn)，和表層土壤相比，深層土壤中與還原反應(yīng)過程相關(guān)的功能基因相對富集；在代謝類群方面，α-變形菌和放線菌是表層土壤微生物群落代謝的主要貢獻者，而深層土壤微生物群落代謝類群更為多樣，表明深層土壤微生物具有更復(fù)雜的能量獲取策略。

本研究提供了“多年凍土區(qū)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能特征垂直變異”的大尺度觀測證據(jù)，為理解氣候變暖背景下多年凍土區(qū)生物地球化學(xué)循環(huán)過程的微生物驅(qū)動機制奠定理論基礎(chǔ)。

該研究成果于近日在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊Nature Communications。國家植物園（南園）博士研究生康路遙為該論文的第一作者，楊元合研究員為通訊作者。美國加利福尼亞州立大學(xué)北嶺分校Rachel Mackelprang副教授、北京大學(xué)吳林蔚研究員等參與了部分工作。該研究得到國家重點研發(fā)計劃、基金委基礎(chǔ)科學(xué)中心項目等的資助。

編輯 | 韓藝

審核 | 梁鵬鴻