中国南方喀斯特是全球连片裸露碳酸盐岩面积最大的喀斯特集中分布区之一,区域内存在极其严重的石漠化现象,对生态及经济危害巨大。土壤中栖息着大量微生物,是陆地生态系统的重要部分,它们参与土壤的形成与发育、物质转化,维持土壤生态系统平衡,对土壤环境修复与净化等起到不可替代、不可忽视的作用。土壤微生物群落改变代谢能力适应环境变化,对于土壤环境、地上植被等变化十分敏感,能有效预示生态系统状态的演变,对解析生态系统的演变机制具有重要意义。因此,本研究采用高通量测序方法,对喀斯特保护区及石漠化区不同植被演替阶段土壤微生物16SrRNAV4区及ITS1区测定,分析土壤细菌及真菌群落组成和功能特征。并结合土壤性质、网络模型,探究分析喀斯特石漠化区及不同植被（乔木-灌木-草本）演替阶段下土壤微生物结构的变化和响应机制,得到以下结果:1.宏基因组比较分析显示保护区土壤微生物群落与石漠化区的差异明显。保护区土壤微生物群落的丰富度及均匀度显著高于石漠化区;保护区与石漠化区乔木阶段之间的细菌群落差异最大。真菌群落对环境更为敏感,真菌群落的变化大于细菌群落,且土壤石漠化后真菌群落的差异加剧。2.比较喀斯特保护区与石漠化区土壤微生物种群丰度差异发现,Actinobacteria门的细菌显著上升,而 Firmicutes、Bacteroidetes、Chlorobi 和 Verrucomicrobia 则显著下降,且真菌Basidiomycota丰度显著下降。我们利用WGCNA算法构建了喀斯特土壤微生物共变化网络,从中提取了 6个与石漠化紧密相关的共变化网络,覆盖353个微生物种属。以核心菌群Marmoricola、Steroidobacter、Cateruloplanes、Virgisporangium 和 Alistipes 为代表的 42 个种群微生物是共变化网络的枢纽种群,它们可以在很大程度上调控共变化网络的变化及功能,它们为未来石漠化的监测、修复提供了新的靶标。3.喀斯特石漠化后,11个土壤性质发生显著变化,其中TP、AP、TK、AK、ECa2+、NN、Na+和Cl-对喀斯特保护区与石漠化区的土壤微生物群落有影响。AK、ECa2+和Na+对土壤细菌群落的影响最大,而AK和C1-对真菌群落的影响最大。与喀斯特石漠化相关的6个微生物共变化网络中的5个和土壤性质ECa2+、TP、AK和Na+显著相关,网络模块中的33个枢纽种群与土壤性质也显著相关。其中核心菌群Alistipes与Cl-负相关,Marmoricola和Catenuloplanes与 AK,ECa2+正相关,Catenuloplanes 与 Na+负相关。4.我们通过PICRUSt算法预测喀斯特保护区与石漠化区土壤微生物群落的分子功能,发现喀斯特石漠化区土壤微生物群落的功能与石漠化区存有差异。石漠化后,消失了 71个功能基因,而新增59个,且有2,573个功能基因丰度发生显著变化。差异基因主要富集在与代谢相关的通路上,其中包括与土壤微生物碳、氮、磷代谢相关的甲烷代谢、碳固定、TCA循环、氮代谢、磷酸转移酶系统等通路。且这些代谢通路或与土壤钙、磷、钾和钠的利用有关。5.在喀斯特石漠化区植被分布从乔木-灌木-草本阶段的演替过程中,土壤微生物群落显著变化;且351个细菌属中128个变化,414个真菌种中129个变化。在石漠化演替过程中,土壤性质SMC、TP、AP、TCa、ECa2+和AMN与土壤微生物群落显著相关,同时构建微生物共变化网络后,发现土壤性质AP和Ca调控与石漠化演替显著相关的两个共变化网络,且两个网络之间存在竞争抑制关系。AP和Ca与网络内微生物的碳、氮、磷代谢密切相关。6.基于以上研究结果,我们提出一个在喀斯特石漠化演替过程中钙驱动微生物响应假说。喀斯特地区大量的砍伐和过度放牧,导致植被快速的消耗,原有的土壤迅速失去、岩石暴露;裸露的碳酸盐岩风化溶解释放大量Ca2+和HCO3-进入土壤,导致土壤钙升高;钙的升高影响一部分微生物种群的生长和代谢,这些微生物与其它微生物种群之间相互共变化或竞争作用,从而改变土壤微生物的碳、氮、磷代谢,降低土壤质量;最终影响植被的生长。7.此外,我们利用土壤微生物群落属种数据,通过贪婪爬山法搜索最小特征子集,构建喀斯特石漠化决策树分类模型,预测喀斯特石漠化阶段;通过留一交叉法检验,建立模型的分类正确率达到86.36%,各组的平均准确度为0.867,召回度为0.864。结果说明通过土壤微生物群落有望建立一个有效的喀斯特石漠化分类预测模型。总结,我们通过对喀斯特保护区与不同植被演替阶段的石漠化区域土壤微生物群落结构与组成,及其与土壤性质关系的研究,有助于更深刻、全面认识喀斯特石漠化演变分子机制。通过本文中的研究,我们也提出了喀斯特石漠化演变微生物响应假说,为深入解析石漠化土壤微生物研究奠定了基础。