《Journal of Environmental Sciences》：Glacial melting enhances the influence of microbial cross-domain interactions on dissolved organic carbon dynamics across the high-altitude glacier-proglacial lake-river continuum
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本研究在青藏高原某冰川-湖-河 continuum上，通过高通量测序技术比较了冻结期和消融期的细菌及微真核生物群落组成与多样性，揭示了跨域相互作用网络对溶解有机碳（DOC）动态的影响机制。结果表明：消融期细菌多样性降低，微真核生物群落结构显著变化，跨域网络复杂度下降但稳定性增强；冻结期环境因素主导DOC浓度变化，而消融期微生物跨域相互作用成为主要驱动者，通过促进分解、增强代谢互补及强化 Priming效应抑制DOC浓度。该研究深化了对冰川水生态系统碳循环机制的理解。
作者：周雅楠、杨青、崔红阳、黄美琪、薛兆、穆光丽、赵峰、梁莉、李晓东、童印东
中国西藏大学教育部青藏高原生物多样性与环境重点实验室，拉萨850000
摘要
气候变暖导致的冰川融化正在加速冰川中溶解有机碳（DOC）的释放。然而，微生物跨领域相互作用在调节冰川-冰川前湖泊-河流系统中DOC动态（例如浓度变化）中的作用和重要性仍知之甚少。本研究利用高通量测序技术，在青藏高原典型的冰川-冰川前湖泊-河流系统中，分析了冻结期和融化期细菌及微真核生物群落的特征，并进一步评估了微生物多样性、跨领域相互作用和环境因素对DOC浓度的潜在影响。研究结果表明，融化期的细菌多样性较低，而微真核生物群落组成在冻结期和融化期之间发生了显著变化。跨领域相互作用网络分析显示，网络中的关键物种主要由数量较多的类群组成。与冻结期相比，融化期的网络复杂性降低，但总凝聚力和稳定性增加。在冻结期，环境因素对DOC浓度有正面影响，是DOC动态的主要驱动因素。环境因素可能通过影响有机碳的溶解度和吸附-解吸平衡等物理化学过程来调节DOC浓度。在融化期，微生物跨领域相互作用成为DOC动态的主要驱动因素，并对DOC浓度产生负面影响。在冰川融化条件下，较强的微生物跨领域相互作用可能通过促进分解、增强底物利用互补性和强化启动效应来降低DOC浓度。这些结果有助于我们更好地理解冰川水生生态系统中的碳循环机制。
引言
全球冰川包括南极冰盖、格陵兰冰盖以及分布在高纬度和高海拔地区的山地冰川，其中青藏高原（QTP）拥有世界上最大的山地冰川集中区（Yao等人，2012年）。冰川不仅是重要的淡水储库，也是长期储存有机碳的场所（Li等人，2018b；Wadham等人，2019年）。然而，随着全球变暖加速冰川融化，这些封存的碳库正在逐渐被释放（Van Tricht等人，2025年；Zemp等人，2025年）。冰川融化通过表面融化和融水径流不断将冰川中储存的溶解有机碳（DOC）输送到冰川前水生生态系统（如冰川前湖泊和河流），从而可能影响区域生物地球化学循环（Liu等人，2025a；Wei等人，2023年）。尽管南极冰盖含有大部分全球冰川有机碳，但通过冰川径流输出的全球DOC量（1,040 Gg C/年）主要由山地冰川贡献（580 Gg C/年）（Li等人，2018b）。预计持续的气候变暖将进一步增加冰川来源DOC的年释放通量和输出率，这一趋势在青藏高原尤为明显，因为该地区的变暖速率接近全球平均水平的两倍（Yao等人，2022年）。
长期以来，冰川被认为是相对孤立的生态系统。过去二十年的研究表明，冰川表面和冰川前环境拥有丰富的水生微生物群落（Anesio和Laybourn-Parry，2011年），并且冰川来源的有机碳通常具有很高的生物可利用性（Meire等人，2023年；Zhou等人，2019年）。因此，冰川生态系统越来越多地被认为是全球碳循环中的活跃参与者（Wadham等人，2019年）。微生物是生态系统碳循环的关键调节者，通过有机物的降解（或转化）和产生来影响DOC动态（Dong等人，2025年；Jiao等人，2024年）。在微生物代谢过程中，DOC可以被矿化并以二氧化碳的形式释放（Shi等人，2024年）。在厌氧条件下，DOC可以通过微生物驱动的发酵-甲烷化级联过程转化为甲烷（Song等人，2022年）。例如，青藏高原新形成的缺氧冰川前湖泊被认为是微生物介导的甲烷排放的潜在来源，其中乙酸裂解甲烷生成是主要途径（Huang等人，2025年）。除了降解和转化外，微生物还可以通过化能自养等碳固定过程产生DOC。先前的研究表明，青藏高原冰川环境中的微生物群落展现出多样的碳固定途径，这可能有助于冰川内DOC的形成和积累（Chen等人，2024b）。
生态系统中的微生物群落主要由细菌和微真核生物组成，它们属于不同的微生物域（Liu等人，2023年；Shen等人，2024年）。微生物并非孤立存在，而是通过竞争、互利共生和捕食形成复杂的相互作用网络，共同影响生态系统功能（Bertolet等人，2024年；Faust和Raes，2012年）。最近的研究表明，微生物相互作用，特别是跨领域相互作用（例如细菌与真菌或细菌与微真核生物之间的相互作用），可能是生态系统碳循环过程的重要预测因子（Ding等人，2024年；Fan等人，2025年）。例如，在质体世界中，跨领域微生物相互作用可以增强DOC和营养物质的周转（Gao等人，2025年）；在森林土壤中，微生物之间的竞争性跨领域相互作用可以刺激有机碳降解酶的活性，从而增加生态系统的碳矿化速率（Chen等人，2024a）。尽管针对冰川、冰川前湖泊或冰川补给河流等单一冰川相关生态系统的研究已经开始揭示微生物相互作用对生物地球化学循环的潜在影响，但大多数研究仍集中在单一微生物域（Liu等人，2025a；Zhang等人，2024年）。在冰川-冰川前湖泊-河流水文连续体的多栖息地耦合系统中，微生物及其跨领域相互作用如何调节DOC动态，以及跨领域相互作用与DOC之间的耦合在冰川融化加剧的情况下是否发生变化，仍不甚明了。这一知识空白限制了我们对气候变暖下冰川补给水生环境中碳循环机制的理解。
青藏高原是对气候变化最敏感的地区之一（Yao等人，2022年）。持续的全球变暖正在加速青藏高原的冰川融化，形成了由冰川、冰川前湖泊和河流组成的众多水文连续体生态系统。这些连续体作为生态走廊，将冰川与下游更大的水系连接起来，同时面临低温、氧气限制和强烈紫外线辐射等极端条件（Bibi等人，2018年；Liu等人，2022年）。这些连续体生态系统受人类干扰较小，其水文过程主要由冰川融水输入调节。由于其极端的环境条件、生态原始性和对气候变化的高度敏感性，青藏高原的冰川-冰川前湖泊-河流连续体成为研究微生物跨领域相互作用如何在极冷环境中影响生物地球化学循环的天然实验室。
本研究调查了位于东喜马拉雅山脉北部斜坡的一个冰川-冰川前湖泊-河流连续体，该地区是青藏高原冰川融化最明显的区域之一（Maurer等人，2019年）。通过比较冻结期和融化期，我们分析了细菌和微真核生物群落的组成和多样性差异，并揭示了它们之间的跨领域相互作用特征。在此基础上，结合本研究测量的环境因素，进一步评估了微生物多样性、跨领域相互作用（通过网络总凝聚力表征）和环境因素对DOC动态（通过浓度变化表示）的相对贡献。本研究探讨的科学问题包括：（1）细菌和微真核生物群落的组成和多样性如何随水文周期的变化而变化？（2）冻结期和融化期之间微生物跨领域相互作用网络的特征有何不同？（3）跨领域相互作用是否影响DOC动态，冰川融化是增强还是削弱了这种效应？碳循环是一个复杂且动态的过程，与微生物群落的变化密切相关（Soong等人，2020年；Wu等人，2024年）。从细菌和微真核生物之间的跨领域相互作用的角度探讨这一过程，可以更精确地理解冰川生态系统中的碳循环机制。
地点描述和样本采集
研究区域位于青藏高原东喜马拉雅山脉北部斜坡，重点关注中国西藏山南市纳格尔泽县的崔家冰川（28.25° N, 94.23° E）及其相关的冰川-冰川前湖泊-河流连续体，海拔范围为5,200至7,000米。采样分别在冰川冻结期（2023年11月）和融化期（2024年7月）进行，涵盖了包括冰川（表面雪）和表面（冰川表面下20-50厘米）在内的代表性生境类型。
微生物群落组成和多样性特征
经过微生物测序和质量控制后，冻结期共获得了13,085个细菌OTU，分为54个门；融化期获得了3,224个微真核生物OTU，分为50个门。融化期细菌OTU数量减少到6,986个，属于52个门，而微真核生物OTU数量减少到2,446个，分为43个门。在这两个水文时期，前12个主要细菌门保持一致，合计占比超过...
细菌和微真核生物群落结构的时空差异模式
在本研究中，尽管细菌群落的多样性有显著差异，但其组成在冻结期和融化期相对稳定。相比之下，微真核生物群落在这些时期经历了明显的组成变化，而其多样性基本保持不变。细菌群落组成对冰川融化的响应较弱，这主要归因于它们多样的代谢策略和有效的应激反应机制...
结论
本研究调查了冰川-湖泊-河流连续体在冻结期和融化期的细菌和微真核生物群落特征及其跨领域相互作用模式。通过结合测量的环境因素，我们定量评估了微生物多样性、跨领域相互作用和环境因素对DOC浓度变化的影响。研究表明，细菌和微真核生物对...
作者贡献声明
周雅楠和杨青：撰写-原始草稿、撰写-审稿与编辑、方法学和正式分析；崔红阳、黄美琪和薛兆：正式分析和方法学；穆光丽、赵峰和梁莉：正式分析；李晓东和童印东：概念化、方法学和资金获取。
未引用的参考文献
Zhang等人，2024年
作者贡献声明
周雅楠：撰写-审稿与编辑、撰写-原始草稿、方法学、正式分析。杨青：撰写-审稿与编辑、撰写-原始草稿、方法学、正式分析。崔红阳：方法学、正式分析。黄美琪：方法学、正式分析。薛兆：方法学、正式分析。穆光丽：正式分析。赵峰：正式分析。梁莉：正式分析。李晓东：方法学、正式分析。童印东：方法学、资金获取。
利益冲突声明
无
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（编号U24A20640和42377399）、西藏自治区重点研发项目（编号XZ202501ZY0091、XZ202502ZY0019、XZ202501ZY0138和XZ202301ZY0021G）、西藏自治区基地与人才发展项目（编号XZ202502JD0025）以及西藏大学研究生高层次人才培养计划（授予周雅楠的资助编号2025-GSP-S084）的支持。
