冰芯在重建历史大气信息方面具有重要作用。受印度季风和西风环流的共同影响，青藏高原冰川可划分为季风影响区和西风影响区。这些大气环流将具有差异性的微生物群落输送至冰川，而微生物扩散过程也受到大气因素的调控。然而，细菌丰度与大气因素之间的潜在影响关系尚不清楚。为揭示这两个区域细菌丰度变化的潜在机制，基于这两个区域冰芯过去46年的细菌丰度和大气记录。构建统计回归模型以拟合细菌丰度与大气因素之间的关系。

模型比较结果显示，GAM在处理多因子作用下的非线性关系时明显优于传统线性模型，其解释率可超过70%，有效揭示细菌丰度的主要变异来源。季风区细菌丰度与大气因子拟合模型为：

                       ln()=10.15+s(MAT)0+s(ln(BC))0.94

                       +s(ln(Ca2+))6.59+s(SAM)0+s(Year)4.01

西风区细菌丰度与大气因子拟合模型为：

                       ln()=-1.75+s(MAT)2.22+s(ln(BC))2.68

                       +s(ln(Ca2+))0.51+s(WI)1.86+s(Year)3.80

其中s(x)表示预测变量的一个光滑非线性函数，该函数通过spline进行估计；下标表示有效自由度（edf），用于指示预测变量与响应变量之间关系的复杂程度：edf= 0表示无影响，edf=1表示线性影响，edf>1表示非线性影响。ln()表示对细菌丰度进行自然对数转换。

统计模型分析表明，影响细菌丰度的关键因素在季风区和西风区存在显著差异：黑碳是季风影响区的主要驱动因素，且与细菌丰度呈显著正向关系，而西风指数则是西风影响区细菌丰度变化的主要控制因素，说明该区域的细菌沉降主要受自然输送过程控制，来自人类污染源的输入相对有限。基于GAM的进一步预测分析表明，当黑碳浓度增加一倍时，冰川细菌丰度预计将提升约27%（图1）。

                                       图1大气黑碳对青藏高原冰川细菌丰度的影响

研究揭示了冰川细菌丰度变化受到人为因素（黑碳）及大气因子的共同驱动，GAM在拟合效果和预测精度方面表现最佳。模型结果显示，仅依靠气象因子无法解释细菌丰度的变化，而加入人为活动相关参数（如BC）后，模型的解释度显著提升。模型预测表明，当黑碳水平增加一倍时，细菌数量将增加约27%。本研究构建的回归模型不仅有助于深入解析冰川细菌丰度变化的潜在驱动机制，也为预测全球变化情景下细菌丰度的未来演变趋势提供了数学模型支撑。

该成果以“Statistical Models Reveal the Effects of Atmospheric Black Carbon on Glacial Bacterial Abundance on the Tibetan Plateau”为题，发表于学术期刊《JOURNAL OF EARTH SCIENCE》。

原文链接：https://doi.org/10.1007/s12583-024-0095-z