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永久冻土融化使古老有机质暴露于微生物降解作用之下，预计将向大气中释放具有全球意义的大量温室气体。尽管微生物驱动这些过程，但生物因素（分类群与功能群落组成）与环境因素（如土壤理化性质）及其相互作用的相对重要性仍不清楚。 利用在阿拉斯加费尔班克斯附近冷区研究与工程实验室永久冻土隧道开展的一项新型原位融化实验，我们在“真实世界”融化条件下，实验性地区分了土壤理化性质和微生物群落的影响。为模拟融化，研究人员将活动层土壤、全新世永久冻土（2千年前）和更新世永久冻土（4万年前）灭菌后，分别接种来自不同土壤的微生物群落，装入孔径为0.22 m的膜袋中以防止外来迁入，并将其埋入活动层中。 在融化两周和两个月后，我们取回膜袋，并对微生物群落结构（16S rRNA和ITS2扩增子测序）、功能潜力（宏基因组测序）以及土壤有机质（OM）的分子组成（FT-ICR MS）进行了表征。与接种源相比，土壤对细菌群落和基因组装的影响更强；而接种源的影响在群落结构上的强度更大、持续时间也比对功能潜力的影响更长。 更新世永久冻土初始所含溶解性有机碳约为其他土壤的11倍，并富集了来源于微生物残体以及低分子量有机酸的有机质。这些碳在融化过程中迅速耗竭，同时其有机质组成特征与活动层和全新世永久冻土变得越来越相似，这一变化与更新世永久冻土功能基因谱及细菌群落结构向其他土壤类型趋同的转变相一致。 总体而言，本研究为组成上差异显著的永久冻土土壤中有机质对微生物降解的易感性提供了新的见解，并揭示了更新世耶多玛永久冻土碳为何可能对永久冻土融化尤其脆弱。
永久冻土融化使古老有机质暴露于微生物降解作用之下，预计将向大气中释放具有全球重要意义数量的温室气体。尽管微生物驱动这些过程，但生物因素（分类群与功能群落组成）与环境因素（如土壤理化性质）驱动作用的相对重要性及其相互作用仍不清楚。利用在阿拉斯加费尔班克斯附近冷区研究与工程实验室永久冻土隧道开展的一项新颖原位融化实验，我们在“真实世界”的融化条件下，实验性地区分了土壤理化性质与微生物群落的影响。为模拟融化，研究人员将活动层土壤、全新世永久冻土（2千年前）和更新世永久冻土（4万年前）灭菌后，分别接种来自不同土壤的微生物群落，装入孔径为0.22 m的膜袋中以防止外来迁入，并埋设于活动层内。我们在融化两周和两个月后取回膜袋，并对微生物群落结构（16S rRNA和ITS2扩增子测序）、功能潜力（宏基因组测序）以及土壤有机质（OM）的分子水平组成（FT-ICR MS）进行了表征。与接种物相比，土壤对细菌群落和基因组分的影响更强；而接种物的影响在群落结构上比在功能潜力上更强且持续时间更长。更新世永久冻土最初所含的溶解性有机碳约为其他土壤的11倍，并富集了来源于微生物尸体残体和低分子量有机酸的有机质。这些碳在融化过程中迅速耗竭，而有机质组成特征日益接近活动层和全新世永久冻土，同时更新世永久冻土的功能基因谱和细菌群落结构也向其他土壤趋同。总体而言，该研究为理解组成差异显著的永久冻土土壤中有机质对微生物降解的易感性，以及更新世Yedoma永久冻土碳为何可能对永久冻土融化尤其脆弱，提供了新的见解。
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.03.729924v1?rss=1
🏷️ 永久冻土 微生物降解 有机质 宏基因组 土壤微生物群落 温室气体释放