全球环境变化是驱动生态系统营养物质循环过程的重要因素。然而,当前的研究多集中于单因子对生态系统氮周转的影响,很少关注多因子的影响。此外,这些研究没有关注降雨格局变化伴随的氮素湿沉降造成的影响,并且关于全球变化因子与火烧协同作用对氮周转过程的主要微生物群落的影响的相关研究尚不明确,这极大的制约了我们理解和预测全球变化对草地生态系统的影响。因此,本论文通过:(1)围隔实验(mesocosm)研究氮沉降增加、降雨量及频率变化对半干旱季风气候地区土壤氮周转相关微生物群落丰富度的影响;(2)原位实验研究CO2浓度升高、增温、降水增加、氮沉降升高和火灾干扰主效应及交互作用对地中海气候地区草地土壤氮周转相关微生物群落丰富度的影响,拟阐明全球变化多因素主效应及其协同作用对土壤氮周转的影响机制。具体微生物群落包括氨氧化细菌(AOB)、氨氧化古菌(AOA)、nir K-和nir S-基因编码的亚硝酸盐还原类微生物、nos ZI-和nos ZII-基因编码的N2O还原类微生物以及亚硝酸盐氧化类微生物Nitrobacter和Nitrospira。研究结果发现:(1)在两种气候地区草地生态系统中,各类土壤硝化/反硝化类微生物对全球变化因子的响应均表现出很大差异。在季风性气候草地生态系统,AOB丰度对全球变化因子的响应主要表现在对氮素的响应。相比之下,AOA丰度对草地土壤水分动态的敏感性高于氮素。nir K-、nir S-及nos ZI-基因丰度比nos ZII-基因丰度对氮沉降的敏感性高,并且nir K-和nir S-基因丰度对降水减少处理响应方向相反。这暗示着不同硝化类/反硝化微生物群落间具有不同的生态位,未来多因素变化条件下氮素周转关键微生物之间的比例关系会发生变化。此外,研究发现,土壤氧化亚氮的排放主要与反硝化作用相关。(2)在地中海气候地区草地生态系统中,氮沉降显著增加AOB、AOA和Nitrobacter丰度,效应值为12%~182%;并且对AOB的影响大于对AOA和Nitrobacter的影响,但氮沉降对Nitrobacter的丰度没有显著影响;同时,氮沉降增加土壤nir K-、nir S-和nos ZI-基因丰度,效应值为10%~46%;并且对nir K-和nos ZI-基因丰度的影响大于对nir S-基因丰度的影响,但氮沉降对nos ZII-基因丰度没有显著影响。相比之下,降雨增加对Nitrobacter有显著的降低效应(高达-61%),但是对另外三种土壤硝化类微生物没有显著影响;降雨增加升高了土壤nir S-基因丰度,效应值为3%~26%;但对另外三种土壤反硝化类微生物没有显著影响。火烧干扰显著降低了土壤AOB的丰度(降低20%~56%)。在火烧干扰后的短时间内土壤反硝化类微生物丰度没有显著影响,但在火烧干扰处理三年后,火烧处理显著降低土壤的nir K-(降低6%~37%)和nos ZI-(降低5%~36%)基因丰度。CO2升高和增温处理的主效应对土壤硝化/反硝化类微生物均没有显著影响。全球变化因子通过对AOB丰度的影响间接改变Nitrobacter丰度;然而Nitrospira丰度对全球环境变化因子的响应则与AOA丰度的变化密切相关。全球环境变化因子和火烧干扰处理对土壤硝化/反硝化类微生物群落丰度的影响并非叠加性,因此不能通过研究多个单一因子对其影响预测全球变化多因子的共同效应。综上所述,两种气候地区的草地生态系统的研究均表明,土壤氮周转过程对全球环境变化因子的响应无法仅通过模拟某单一因子(或两因子)进行预测。全球环境变化多因子间的交互效应通过影响土壤环境因子、土壤氮周转关键微生物数量以及植物生长状况,进而改变氮周转过程。因此,在全球变化研究领域进行更全面的研究势在必行,其中评估这些复杂交互效应的大小并建构普适性模型是预测土壤氮素周转过程对全球变化响应的重中之重。