整个北半球土壤有机碳总量的一半富集在北极地区，其原因是气温较低导致微生物对永久冻土带土壤有机碳的分解缓慢，有利于有机碳的积累。但由于人类活动的影响，近几十年来北极出现了明显的升温，因此形成微生物活动加剧，使得土壤有机碳大量转化为二氧化碳，产生更严重的温室效应，其生态后果常被提起，但机理一直未能厘清。

周集中课题组与美国北亚利桑那大学、密歇根州立大学、佐治亚理工大学合作，利用基因芯片、高通量测序等多种宏基因组技术，对所获取的北极土壤样品进行了分析。发现土壤微生物对气候暖化极为敏感，一年半左右的短期升温即可引起微生物活动加剧，土壤呼吸增强，使得土壤有机碳净流失。参与好氧和厌氧碳分解的微生物功能基因的丰度也因短期变暖而显著增加。与此相一致，生态系统呼吸(Reco)增加了38%。此外，变暖增强了参与养分循环的基因，这很可能导致观测到的总初级生产力(GPP)增加(30%)。然而，GPP的增加并没有抵消额外的Reco，导致升温地块的净碳损失明显高于对照地块。这一发现证明了永久冻土带土壤微生物对升温的高灵敏度，说明气候暖化对永久冻土带的脆弱生态系统可形成显著的不利影响。这一重要发现不仅揭示了微生物响应气候暖化的分子机制，而且对于预测生态系统对环境变化的响应规律和生态保护具有重要的指导意义。

永久冻土带地上、地下生态过程响应气候暖化的机理示意图

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https://doi.org/10.1038/nclimate2940

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