自工业革命以来，全球人为氮沉降持续增加，引发生物多样性下降、土壤酸化及水体富营养化等问题。在青藏高原，季风与西风环流协同人类活动共同加剧氮输入，深刻影响着脆弱冰川生态系统的微生物群落。青藏高原冰川作为“亚洲水塔”的固态水库，在气候变暖背景下，通过融水向下游输入微生物和氮代谢物，广泛影响下游生态系统。然而，青藏高原冰川氮循环微生物的地理分布格局与环境驱动机制仍属未知。

为此，泛第三极环境中心与中国科学院青藏高原研究所环境变化与多圈层过程团队合作通过宏基因组与宏转录组测序，首次系统解析青藏高原21条冰川的微生物氮代谢过程。研究聚焦于季风区与西风区冰川的氮循环差异及其驱动因子，揭示了温度-硝酸盐-微生物氮代谢的协同调控机制。

研究发现，青藏高原冰川微生物具广谱氮代谢能力。90%以上的微生物携带氮代谢关键基因，主要参与硝酸盐同化和反硝化途径，硝化与厌氧氨氧化功能类群稀少。33%的物种具转录活性，证实冰川微生物活跃地参与氮循环。此外，季风和西风主导区的冰川存在不同的微生物氮代谢过程。季风区冰川微生物和氮代谢基因的多样性显著高于西风区。在不同氮代谢过程中，季风区存在更多的固氮和硝酸盐同化微生物，而西风区则存在更多的反硝化微生物和更高的N₂O排放潜力。温度和硝酸盐浓度是驱动季风和西风不同微生物氮代谢特征的主要因素：温度与微生物多样性和固氮基因相对丰度呈显著正相关，而硝酸盐浓度与N₂O排放潜力呈显著正相关。进一步模拟青藏高原全域冰川的微生物N₂O排放潜力，发现西风区58%的冰川为潜在的微生物N₂O排放源，而季风区96%的冰川表现为微生物N₂O吸收汇。该研究首次揭示季风-西风环流对冰川微生物氮代谢的影响，建立温度-硝酸盐-微生物功能的响应模型，为预测"亚洲水塔"氮通量变化及温室气体排放提供了关键科学依据。

上述研究成果以“Distinct Genes and Microbial Communities Involved in Nitrogen Cycling Between Monsoon- and Westerlies-Dominated Tibetan Glaciers”为题，发表在《NatureCommunications》上。现为泛第三极环境中心青年研究员的张志好博士为第一作者，刘勇勤教授为通讯作者。该研究由国家自然科学基金委创新群体和重点项目共同资助。

论文信息：Zhang, Z., Liu, Y., Zhao, W. et al. Distinct genes and microbial communities involved in nitrogen cycling between monsoon- and westerlies-dominated Tibetan glaciers. Nat Commun 16, 5926 (2025).

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-61002-x