自工业革命以来，人类活动导致大量温室气体（主要为CO2）排放，可能加速气候变暖并对自然生态系统和人类社会可持续发展产生重要影响。气候变化可能导致冰川消融和海平面上升，增加极端气候发生频率，降低粮食产量，减少物种多样性。新近研究还表明气候变化可能是加重我国北方雾霾爆发的重要原因之一。全球气候变化如何影响生态系统结构和功能以及生态系统对气候变化的反馈机理是当今科学界面临的重大挑战。陆地生态系统土壤有机碳库碳储量约为大气中的三倍；全球变化因子如何影响土壤有机碳含量对于预测未来大气CO2浓度及气候变化至关重要。迄今为止，科学界对于全球变化因子如何影响土壤特别是底层土壤有机碳分解机制知之甚少。
程磊教授实验室通过一长期野外田间实验发现增温能够显著促进草原生态系统底层土壤有机碳分解。基于14C分析基础上，通过结合Arrhenius 公式和Michaelis-Menten动力学方程，实验室构建了一个新的理论模型，来评估土壤中不同年龄的有机碳对气候变化的响应，发现深层土壤中的高龄碳（>100年）在长期增温条件下表现得非常易损。同时，通过耦合稳定同位素探针(SIP)技术与二代测序和功能基因组学，发现增温提高土壤微生物中参与有机物质分解的各类功能基因丰度，改变以功能基因组为指标的微生物群落结构。此外，实验室通过全球尺度上数据整合分析，进一步发现增温对底层土壤与表层土壤有机碳分解均有促进作用。本研究首次阐述了增温条件下微生物调控底层土壤老有机碳分解的机制；研究结果也表明气候变化可能威胁深层土壤中的有机碳稳定性，促进碳循环与气候变化之间正反馈效应的形成。
该研究与来自俄克拉荷马大学、密歇根州立大学等机构的相关科学家合作完成，研究成果于2017年4月21日在线发表于国际著名微生物学期刊《The ISME Journal》。《ISME J》为自然旗下微生物生态专业子刊，2016年期刊平均影响因子IF5=10.728。浙江大学为本文第一作者单位和第一通讯作者单位，俄克拉荷马大学为共同通讯作者单位。程磊教授实验室博士生张乃方和肖�为论文主要作者之一。博士生肖�基于土壤有机碳温度敏感性建立了一个新的土壤碳库划分理论模型，进而估算升温对不同年龄层次的碳降解的效应；博士生张乃方通过数据整合分析，将增温条件下微生物调控的土壤有机质分解效应在全球尺度上进行拓展；相关研究成果对于我们预测陆地生态系统对未来气候变化响应具有一定的理论和实践意义。
L Cheng, N Zhang, M Yuan, J Xiao, Y Qin, Y Deng, Q Tu, K Xue, JD Van Nostrand, L Wu, Z He, X Zhou, MB Leigh, KT Konstantinidis, EAG Schuur, Y Luo, JM Tiedje and J Zhou.Warming enhances old organic carbon decomposition through altering functional microbial communities. ISME J, DOI: 10.1038/ismej.2017.48 (2017).
