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气候变暖所带来的一系列生态问题已成为全球变化研究热点。气候变暖不仅影响地上植被生长和群落组成，对土壤微生物生物量、微生物活动以及微生物群落结构均会造成影响；而土壤微生物可通过改变分解速率、CO2释放以及影响养分迁移转化对全球变化做出响应。因此在气候梯度带上研究土壤微生物的改变对预测全球气候变化对农田土壤生产力和微生物活动的影响以及探讨土壤微生物对气候变化的响应机制等方面具有重要意义。本文选择我国东部地区三种主要农田土壤(黑土、潮土、红壤)，通过在温带黑龙江海伦，暖温带河南封丘和中亚热带江西鹰潭三个野外生态实验站设置野外土壤置换(每种土壤各取三份，原地留一份，运抵其余两站各一份)试验，模拟研究不同气候条件下土壤硝化阶段硝化细菌数量和作用强度以及土壤微生物群落功能多样性变化。实验结果如下：
土壤置换初始两年，与硝化过程有关微生物对气候条件的改变响应明显，表现为供试土壤硝化强度随着采样月均温和采样月降雨量的增强而降低，即在水热梯度带上变化顺序为海伦>封丘>鹰潭，相关分析显示这两年土壤硝化强度与月均温、土壤含水量呈显著负相关。置换实验第三年开始，土壤硝化强度对温度以及水分等气候因子响应减弱，在气候梯度带上的变化与水热因子相关性较低，相关分析表明这三年气候因子与土壤硝化强度相关系数很低，均没有达到统计学上的显著水平，但是三种土壤均在暖温带封丘地区硝化强度最高，这可能是封丘地区水热因子变化较稳定，相关分析显示土壤硝化强度与采样一周内日均温变异系数呈极显著负相关(r=-0.216，p<0.01)。土壤类型对硝化强度影响显著，解释了土壤硝化强度90.2％的变异。在五年的置换试验中，土壤类型之间硝化强度均为潮土最高，黑土次之，红壤最低，这种变异顺序与土壤有机质以及全效养分变化趋势不同，但与土壤pH值变化顺序一致。相关分析显示土壤pH值与土壤硝化强度呈极显著正相关(r=0.60，p<0.01)，相关程度居各影响因子之首。土壤pH值不同导致了土壤硝化强度在不同类型土壤之间的分布差异，进一步证实了碱性条件有利于土壤硝化作用进行，pH过低抑制土壤中自养硝化细菌的生长，最终导致酸性土壤中硝化强度较弱。
通过运用Biolog微平板技术连续五年对玉米抽雄期土壤进行微生物群落功能多样性的测定。结果表明气候条件影响了土壤微生物群落总体活性、物种丰富度、物种均匀度，温度的提高和充足的水分条件有助于提高土壤中微生物群落功能多样性。本研究中土壤微生物活性在南北热量梯度带上均表现为温带海伦地区最低，呈现出随着温度与降雨量的增加而升高的趋势，即鹰潭地区土壤微生物种类和活性高于海伦和封丘地区。通过选取培养第三天的光密度值分析发现，土壤肥力较高的黑土微生物总体活性显著高于潮土和红壤，红壤由于本身养分含量不高，可供微生物生长的碳源等基质较少，而且pH呈酸性，不利于土壤中细菌生长繁殖，导致通过Biolog系统检测出来的微生物活性很低。进一步主成分分析结果表明置换实验前三年，同种类型土壤微生物群落功能多样性相似度极高，PC1轴对不同土壤微生物碳源利用差异有较好的分离，而置换实验进行到第四年，微生物碳源代谢图谱在气候梯度带之间逐渐出现分异，尤其到2010年，海伦地区三种土壤碳源代谢均处于PC1轴负端方向，与其它处理分离较明显，这表明随着置换实验的进行，气候因子对土壤微生物群落功能多样性作用越来越突出，但目前土壤类型依然是土壤微生物群落变化的决定因子，短期的气候变化还不足以改变由土壤类型决定的微生物群落功能特征。