【摘 要】
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在过去的一个世纪里,人类活动导致温室气体排放增加,引起全球变暖,大幅度提升了大气中水汽的含量,加速了全球水文循环过程,改变了全球降雨格局。降雨模式变化能够改变生态系统地上和地下群落特性,最终将对生态系统的结构和功能产生深远影响。陆地生态系统是多维的,具有能够同时提供多种生态功能和服务（即生态多功能性）的能力。土壤微生物群落作为地球上最为复杂多样的生物群落,在驱动陆地生态多功能性方面发挥着关键作用。
【基金项目】
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国家自然科学基金“豆科植物根际土壤微生物多样性及其与宿主植物和环境的关系研究”（编号:41671261）； 国家自然科学基金“典型大豆农田土壤中氮素循环的关键微生物过程及其驱动机制”（编号:41830755）； 国家重点研发计划项目“耕地地力影响化肥养分利用的机制与调控”子课题“西部旱区农地养分高效利用的培肥原理与途径”（
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在过去的一个世纪里,人类活动导致温室气体排放增加,引起全球变暖,大幅度提升了大气中水汽的含量,加速了全球水文循环过程,改变了全球降雨格局。降雨模式变化能够改变生态系统地上和地下群落特性,最终将对生态系统的结构和功能产生深远影响。陆地生态系统是多维的,具有能够同时提供多种生态功能和服务（即生态多功能性）的能力。土壤微生物群落作为地球上最为复杂多样的生物群落,在驱动陆地生态多功能性方面发挥着关键作用。然而,目前关于降雨模式变化对自然生态系统影响的研究主要集中在植物群落方面,对土壤微生物群落的了解仍然有限。2018-2020年,在陕西关中地区林地、草地和农田生态系统进行夏季干旱、减少50%降雨量、增加50%降雨量和增加100%极端降雨频率的降雨模式变化模拟试验。本研究旨在探究降雨模式变化对土壤微生物多样性、群落组成、丰富与稀有类群、网络共发生模式以及土壤理化性质和生态多功能性的影响,分析降雨模式变化过程土壤微生物群落和生态多功能性的关系,揭示降雨模式变化对土壤微生物群落和生态多功能性的影响机制。主要研究结果如下:首先,林地夏季干旱模拟试验包括自然降雨和隔绝降雨两个处理,主要探究夏季干旱过程干旱前期、干旱结束、恢复早期、恢复中期和恢复末期等五个时期土壤微生物群落和生态多功能性的动态变化特征。夏季干旱对干旱结束微生物群落具有显著影响,提高了细菌alpha多样性、改变了细菌群落组成、提高了丰富和稀有细菌alpha多样性。夏季干旱显著提高了干旱结束和恢复早期放线菌门相对丰度,改变了干旱结束和恢复早期丰富和稀有细菌群落组成,降低了干旱结束、恢复早期和恢复中期细菌共发生网络复杂度和稳定性。生物和非生物因素显著影响生态多功能性,其中细菌群落组成对生态多功能性具有直接的显著正向影响,而夏季干旱通过改变土壤养分和p H间接调控细菌群落组成、生态多功能性以及细菌群落组成-生态多功能性关系。其次,林地降雨量和降雨频率变化模拟试验包括自然降雨、减少50%降雨量、增加50%降雨量和增加100%极端降雨频率四个处理,主要关注土壤微生物群落和生态多功能性对不同降雨模式变化的响应特征。降雨量增加和极端降雨频率增加显著改变了细菌、真菌、稀有细菌、丰富真菌和稀有真菌群落组成,降雨量减少、降雨量增加和极端降雨频率增加显著提高了微生物共发生网络复杂度和稳定性。生物和非生物因素显著影响生态多功能性,其中细菌群落组成对生态多功能性具有直接的显著正向影响,而降雨模式通过改变土壤养分和p H间接调控细菌群落组成、生态多功能性以及细菌群落组成-生态多功能性关系。再次,草地降雨量减少模拟试验包括植物多样性（低植物多样性和高植物多样性）和降雨（自然降雨和减少50%降雨量）双因素处理,主要探究降雨量减少过程不同植物多样性草地土壤微生物群落和生态多功能性的变化特征。降雨量减少显著提高了低植物多样性草地真菌alpha多样性、改变了低植物多样性草地细菌群落组成、提高了高植物多样性草地丰富细菌alpha多样性、改变了丰富细菌群落组成和低植物多样性草地稀有细菌群落组成、降低了细菌共发生网络复杂度、提高了真菌共发生网络复杂度。生物和非生物因素显著影响生态多功能性,其中真菌群落组成对生态多功能性具有直接的显著正向影响。植物多样性直接影响真菌群落组成和生态多功能性,也通过改变真菌群落组成间接调控生态多功能性。降雨量通过改变土壤养分间接影响生态多功能性。最后,农田降雨量减少模拟试验包括冬季覆盖作物（休闲、长柔毛野豌豆、黑麦草、长柔毛野豌豆+黑麦草）和降雨（自然降雨和减少50%降雨量）双因素处理,主要探究降雨量减少过程不同冬季覆盖作物农田土壤微生物群落和生态多功能性的转变特征。降雨量减少显著改变了高生物量冬季覆盖作物农田真菌群落组成和长柔毛野豌豆处理农田丰富真菌群落组成。降雨量减少对休闲处理农田细菌共发生网络复杂度无显著影响,但显著提高了低生物量冬季覆盖作物农田细菌共发生网络复杂度、降低了高生物量冬季覆盖作物处理农田细菌共发生网络复杂度。生物和非生物因素显著影响生态多功能性,其中真菌群落组成对生态多功能性具有直接的显著正向影响。冬季覆盖作物直接影响生态多功能性,同时通过改变土壤养分和p H间接影响真菌群落组成。降雨量通过改变土壤养分间接影响真菌群落组成、生态多功能性以及真菌群落组成-生态多功能性关系。降雨模式变化通过影响土壤环境因素间接调控微生物群落、生态多功能性以及微生物群落-生态多功能性关系。微生物群落和生态多功能性对降雨模式变化响应程度的大小依次为:网络共发生模式和土壤养分>群落组成和生态多功能性>丰富与稀有类群>多样性。降雨模式变化对微生物群落和生态多功能性影响的大小依次为:夏季干旱>极端降雨频率增加>降雨量增加>降雨量减少。生态系统对降雨量减少响应程度的大小依次为:林地>草地>农田。林地生态系统微生物群落中细菌群落占主导作用,而草地和农田生态系统微生物群落中真菌群落占主导作用。综上所述,本研究揭示了不同降雨模式变化对不同生态系统土壤微生物群落和生态多功能性的影响机制,为调节自然生态系统适应未来气候变化提供了重要理论依据。
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