氮素是陆地生态系统初级生产力最重要的限制因子之一，生物固氮则是全球生态系统有效氮最主要的来源。因此作为生物固氮的执行者，固氮菌也直是微生物生态学领域最受关注的研究对象之一。青藏高原是世界上平均海拔最高的高原，其独特的地理环境造就了该区域独有的动、植物群落特征，而这也预示着该区域土壤中很可能分布着独特的固氮菌类群。此外，作为典型的高寒陆地生态系统，青藏高原脆弱的生态环境正经受着全球变暖、过度放牧、草地退化及氮沉降速率逐年递增等一系列环境问题的威胁，而这些环境问题在高寒草甸地区表现得尤为突出。尽管青藏高原地区生态系统初级生产力深受氮素限制，且生物固氮也很可能是该区域最主要的氮素来源，但我们对该区域土壤固氮菌的分布格局及其驱动机制的了解仍近乎空白，有关高寒草甸土壤固氮菌对增温、放牧、退化及氮沉降等环境变化或人类活动的响应也知之甚少。　　基于此，我们通过采集遍布于青藏高原地区的54个地点的表层土壤样品(0-5 cm)，结合样点信息调查（植被、气候等）、土壤理化性质分析以及基于nifH基因的固氮菌多度和群落结构分析，揭示了青藏高原草地土壤固氮菌的分布格局及其主要驱动机制。此外，我们还依托位于青藏高原东北部的中科院海北站增温、放牧实验平台和模拟氮沉降实验平台，结合三江源地区斑块状退化高寒草甸土壤样品的配对采集以及凋落物和磷添加室内土壤培养实验，初步探究了高寒草甸土壤固氮菌对增温、放牧、退化、氮沉降、凋落物和磷添加的响应。固氮菌多度及nifH基因的转录表达通过实时荧光定量PCR来测定，固氮菌群落结构则通过Miseq高通量测序或末端限制性酶切片段多态性(T-RFLP)来揭示。本论文的主要研究结果如下:　　(1)青藏高原地区土壤固氮菌多样性较高，在94％的分类水平上得到了1023个OTU，但主要为稀有种，仅有24个OTU占所有序列的比例超过1％。该区域土壤固氮菌多度及多样性均呈现出随降水量增加而增加的趋势，且高寒草甸土壤固氮菌多度及多样性均要显著高于高寒草原和荒漠。土壤固氮菌群落主要由蓝细菌(46.37％)及变形菌(44.75％)主导，且呈现出按降水量梯度分布的特征。固氮菌多度、多样性及群落结构与年均降水量，植物生物量，植物群落结构，土壤碳、氮、磷含量及pH值、含水量等指标均呈现出显著的相关性。虽然地理距离与固氮菌群落结构的相关性也达到了显著水平，但仅能解释0.88％的固氮菌群落结构变异。　　(2)日动态分析发现高寒草甸土壤固氮菌nifH基因拷贝数、相对多度、mRNA拷贝数及平均表达量均未表现出显著的昼夜节律性变化。　　(3)增温处理显著降低了固氮菌的多度及相对多度，并显著改变了固氮菌的群落结构，但并未对固氮基因总转录表达量产生显著影响。在非增温处理下放牧未对固氮菌产生显著影响。但在增温处理下，放牧显著降低了nifH基因的平均表达量，同时表现出降低nifH基因总转录表达量的趋势。　　(4)两倍及三倍于当地氮沉降量的施氮处理未对固氮菌产生显著的负面影响，甚至有增加固氮菌数量和相对多度的趋势，施氮量增加到五倍于当地氮沉降量时，固氮基因的转录表达受到了显著的抑制。此外，高氮处理还倾向于降低共生固氮菌的比例。　　(5)高寒草甸退化秃斑的形成显著降低了包括氮素在内的大部分土壤养分的含量。但在退化程度较重的高寒草甸，退化秃斑内的土壤硝态氮含量却有显著增高的趋势，而amoA基因拷贝数及转录表达与硝态氮含量及其它土壤氮素动态具有极好的一致性。固氮和反硝化功能基因多度及转录表达对退化的响应较弱，且趋势性不强，但固氮及反硝化功能群的群落结构对退化秃斑的形成十分敏感，并与多种土壤理化性质都表现出了较高的相关性。　　(6)凋落物添加在显著增加土壤铵态氮含量的同时，还显著地降低了土壤硝态氮和无机氮含量。尽管添加凋落物的同时施用磷素对土壤固氮菌nifH基因拷贝数影响不大，但在磷用量高时显著上调了固氮基因的转录表达。凋落物添加还显著地降低了土壤氨氧化功能群的多度，并表现出增加反硝化功能基因转录表达的趋势。　　上述研究不仅在一定程度上填补了世界范围内草地土壤固氮菌生物地理及固氮基因表达相关研究的空缺，也为了解青藏高原草地氮收支动态、调控生物固氮及完善“宏基因表达调控”研究框架等奠定了基础。