黑河上游位于青藏高原北麓,降水充沛,气候阴湿,蒸发量少,属祁连山水源涵养区,很大程度支撑着整个流域的生态环境和社会经济的可持续发展。为进一步探明在全球气候变化大背景下黑河上游地区水循环与环境因子之间的互作机制,引入微生物以研究水循环过程中养分迁移转化对环境影响的内在机制,以深入研究黑河流域生态环境要素的响应,以期为黑河流域更好地发挥其生态功能提供理论支撑。本文在利用分布式水文模型划分流域雨量-海拔带的基础上,开展研究区野外土壤、微生物的调查和实验,在宏基因组学技术和常规土壤检测技术下分析研究区土壤和微生物群落特征,以研究黑河上游不同分区中的土壤氮素和微生物的分布格局,进一步探讨了研究区不同环境因子对土壤微生物的影响,主要研究结论如下:(1)黑河上游径流量的演变趋势及驱动因子识别气象数据分析可知黑河上游降水、温度、径流量总体均呈增长趋势,研究区气候向暖湿化发展。径流量与气候因子相关性表明降水是影响黑河上游径流量的主要驱动因子。(2)黑河上游不同分区中土壤氮素及微生物群落分布特征运用分布式水文模型模划分降水、海拔的二维分区,最终得到5个分区。不同分区中植被盖度、土壤理化性质和微生物群落分布特征表明:土壤含水量在多降水分区更大,在中海拔分区与深度呈正相关;总氮含量呈少降水区>多降水区、低海拔>中海拔>高海拔。研究区内以变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)的丰度最高。(3)气候变化下黑河上游不同分区微生物群落与土壤水分响应关系利用高通量测序技术分析不同分区内微生物多样性,运用冗余分析研究土壤微生物门类与环境因子相关性,结果表明降水、土壤含水量与TN为影响流域内微生物群落特征的主要因素,其中低海拔分区受土壤含水量变化最为敏感。(4)流域土壤微生物与含水量关系预测基于RCP4.5情景CCSM4气候模式,未来30年黑河上游土壤含水量整体呈增加趋势,当未来降水增加则低、中海拔分区微生物群落较变化最为显著,且低海拔分区酸杆菌门(Acidobacteria)丰度会有所增加,少降水中海拔分区拟杆菌门(Bacteroidetes)丰度呈增加趋势、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)数量会有所减少,研究区内放线菌门(Actinobacteria)受气候变化的影响较小。