多年冻土区储存着全球近1/3的土壤有机碳，在陆地生态系统碳循环中起着至关重要的作用。作为生物地球化学循环的引擎，土壤微生物在调节多年冻土区生物地球化学循环过程、维持冻土生态系统多功能性等方面发挥着关键作用。然而，目前学术界尚不清楚多年冻土区土壤微生物结构和功能的垂直分异规律，尤其缺乏大尺度观测证据。
中国科学院植物研究所杨元合研究组基于区域尺度的野外采样，结合16S rRNA扩增子测序和宏基因组测序技术，解析了青藏高原多年冻土区土壤微生物结构和功能的垂直分异特征。研究人员发现，微生物群落α多样性随土壤深度增加而显著下降，但β多样性显著上升。不同深度土壤微生物群落特化种存在差异：表层土壤为丙杆菌目、伯克氏菌目和去绒毛球藻目，亚表层土壤为拟杆菌目，而冻土层土壤则主要为红杆菌目和盖勒氏目。多年冻土区土壤微生物群落构建主要取决于扩散限制和生态漂变，但二者的相对重要性在不同土层存在差异：表层土壤中生态漂变过程更为重要，而深层土壤中扩散限制过程占主导地位。
进一步研究发现，和表层土壤相比，深层土壤中与还原反应过程相关的功能基因相对富集；在代谢类群方面，α-变形菌和放线菌是表层土壤微生物群落代谢的主要贡献者，而深层土壤微生物群落代谢类群更为多样，表明深层土壤微生物具有更复杂的能量获取策略。本研究提供了“多年冻土区土壤微生物群落结构和功能特征垂直变异”的大尺度观测证据，为理解气候变暖背景下多年冻土区生物地球化学循环过程的微生物驱动机制奠定理论基础。
该研究成果于7月14日在线发表于国际学术期刊Nature Communications。植物所博士研究生康路遥为该论文的第一作者，杨元合研究员为通讯作者。美国加利福尼亚州立北岭分校Rachel Mackelprang副教授、北京大学吴林蔚研究员等参与了部分工作。该研究得到国家重点研发计划、基金委基础科学中心项目等的资助。
青藏高原多年冻土区土壤微生物结构和功能的垂直变化
