全球永久凍土中存儲了大量土壤有機碳。全球變暖引起凍土融化，加速土壤有機碳分解，並釋放甲烷等溫室氣體進入大氣，形成正反饋效應。微生物活動驅動凍土中有機碳的分解，因此，微生物群落組成及其功能變化能夠深刻影響凍土融化過程中的有機質分解和溫室氣體排放。研究表明，不同年齡凍土的微生物多樣性及群落結構存在較大差異，但學界尚不確定對土壤微生物群落影響更大的因素是凍土成土年齡還是融化程度。
中國科學院青藏高原研究所生態系統功能與全球變化團隊研究員孔維棟等，研究了北極阿拉斯加Barrow半島不同成土年齡和不同融化程度（活動層、過渡層和永凍層）的凍土土壤微生物多樣性和群落結構特徵。由於Barrow半島凍土成土於不同歷史時期乾枯的湖盆沉積物之上，按凍土年齡劃分為四個序列，即年輕（0-50年）、中年（50-300年）、老年（300-3000年）和古老（3000-5000年）。研究顯示，活動層凍土的土微生物多樣性顯著高於其他兩個融化程度；年輕凍土的微生物多樣性顯著高於其他三個年齡段（圖1）。此外，僅在年輕（<50年）凍土中，融化顯著增加了微生物豐富度；在更古老的凍土中，融化對微生物豐富度的影響則不顯著。凍土成土年齡和融化程度均顯著影響了微生物群落結構，且兩者具有交互作用，但融化程度對微生物群落結構變化的影響更大（圖2）。
研究人員探究不同凍土年齡中的土壤微生物群落構建過程，發現永凍層和活動層的土壤微生物群落構建過程主要受隨機過程驅動，但活動層受決定過程影響更大，說明活動層土壤微生物受環境篩選作用更強（圖3）。不同凍土年齡土壤中微生物群落構建主要以隨機過程為主，但年齡對其構建過程影響不顯著。結構方程模型結果表明，融化程度和凍土年齡均顯著影響微生物豐富度，但融化程度的影響更大（圖4）；融化程度和凍土年齡均顯著影響微生物群落結構，但融化程度的影響更大。此外，凍土融化可直接影響微生物群落結構，也可通過影響土壤有機氮而間接影響群落結構。研究表明，不同成土年齡凍土中的微生物群落對凍土融化的響應不一致，可能導致微生物功能差異，進而影響凍土有機質分解及溫室氣體排放過程。
近日，相關研究成果以Permafrost thawing exhibits a greater influence on bacterial richness and community structure than permafrost age in Arctic permafrost soils為題，發表在The Cryosphere上。青藏高原所副研究員計慕侃為論文第一作者，孔維棟為論文通訊作者。研究工作得到中科院戰略性先導科技專項（A類）、中科院前沿科學重點研究計劃和國家自然科學基金等的支持。
圖1.不同凍土融化程度（A）和凍土成土年齡（B）的微生物豐富度
圖2.微生物群落結構在不同凍土融化程度（A）和不同成土年齡凍土（B）的差異
論文連結：https://tc.copernicus.org/articles/14/3907/2020/