土壤微生物是陆地生物地球化学循环的主要驱动者,直接参与土壤有机质周转和养分循环等关键生态过程,同时对森林生态系统生产力维持也有重要的影响。近年来,氮沉降现象日益严重,在改变植物地上、地下碳分配的同时,也加剧了亚热带区域森林的磷限制,这可能会对土壤微生物群落结构和功能产生显著影响。滨海沙地人工林作为亚热带地区一种特殊和重要的森林类型,由于生态系统结构简单,抗逆性差,对气候和环境变化的响应较其他森林生态系统可能更为敏感。土壤是滨海沙地人工林生产力维持的重要载体,而目前我们对其关键的土壤微生物过程认识还十分有限,这严重制约了我们评估和预测区域森林响应气候变化进程的准确性和全面性。因此,本研究围绕滨海沙地湿地松(Pinus elliottii)人工林的土壤微生物学过程,通过改变地上/地下碳输入(凋落物去除、根系去除、环割以及环割叠加凋落物去除)以及氮、磷养分添加实验,探讨碳输入变化和养分有效性变化对土壤微生物群落结构和功能的影响机制。本研究主要结果如下:(1)在滨海沙地湿地松人工林土壤中,短期施氮肥(+50 kgN ha-1 year-1)会显著提高土壤氮有效性和植物氮浓度,而显著降低植物磷浓度;而施磷肥(25 kg P ha-1 year-1)会显著提高土壤磷有效性。施氮肥未显著促进湿地松胸径生长,施磷肥和同时施氮、磷肥会显著促进大树(初始胸径>19 cm)的生长。这些结果表明滨海沙地人工林主要受到磷限制。(2)凋落物去除会显著降低土壤氮库,而根系去除和环割处理会显著增加土壤硝态氮含量;地上/地下碳输入减少均会显著降低土壤酶活性,地上碳输入减少对水解酶活性的影响更大,而地下碳输入减少则在更大程度上降低土壤微生物生物量和改变群落结构。环割后,根系输入的易分解碳源减少,引起革兰氏阳性细菌与阴性细菌比值显著升高,外生菌根真菌丰度、真菌/细菌比则显著下降。(3)土壤微生物群落结构和土壤酶活性的时间变异(季节效应)会显著大于氮、磷添加的短期效应。土壤有效磷和总氮含量对土壤微生物群落结构的影响最大,而土壤总氮含量、含水量和氮磷比是影响土壤酶活性的最关键因素,表明土壤养分有效性的变化是引起滨海沙地人工林土壤微生物群落结构和功能改变的主要因素。在氮、磷添加后,革兰氏阳性细菌与阴性细菌比值显著升高,而降解易分解有机质和难分解有机质的土壤酶活性之间的比值下降。(4)根际效应会显著影响土壤中真菌的群落结构和氮循环功能微生物对氮、磷肥添加的响应。氮、磷添加后,在真菌门水平上,根际土壤中子囊菌门真菌(Ascomycota)丰度显著降低,而担子菌门真菌(Basidiomycota)丰度显著增加,从真菌群落功能型来看,根际土壤中共生型真菌(主要是外生菌根真菌)丰度显著下降,而腐生型真菌丰度显著增加,非根际土壤中真菌群落的变化趋势与此相反;在根际土壤中,施氮肥和磷肥会降低硝化(AOA)和反硝化(nirK)功能微生物丰度。相反地,在非根际土壤,施氮肥、磷肥会显著提高硝化(AOA)和反硝化(nirK和nirS)功能微生物的丰度,而施磷肥则会显著提高根际和非根际土壤中的固氮(nifH)功能微生物丰度。这些结果表明,在气候或环境变化背景下,增加对根际效应的认识,能提高我们对土壤微生态过程如何响应环境变化的预测能力。综上所述,在滨海沙地人工林生态系统中,碳源和磷有效性是影响土壤微生物群落结构的最关键因素,而土壤总氮库则是影响微生物的代谢功能与生物活性的重要因素之一。在未来研究中,应关注土壤微生物群落的时间动态和根际效应的影响,这有助于我们更全面地理解区域森林对未来气候或环境变化的响应。