CO₂浓度升高是温室效应的主因,将会导致全球气候环境的恶化,并影响C、N元素的生物地球化学循环过程。茶园由于大量施肥其土壤中N元素累积较多,也将导致附近水体富营养化现象。CO₂浓度升高不仅会促进茶树的光合作用,促使其根系向土壤输入更多的有机碳,影响土壤微生物的活性、群落组成和功能,也会对裸露土壤和富营养化水体产生直接或间接的影响,在影响土壤或水体C库变化之外,也影响与之耦合的N元素的转化。在茶园生态系统中,CO₂浓度升高对系统内C、N元素转化的影响将直接影响茶树对N的利用效率,并影响整个茶园及富营养化水体的生态效益。本研究采用微宇宙模拟试验结合高通量测序技术和稳定性同位素示踪技术,研究CO₂浓度升高对茶园土壤及富营养化水体硝化、反硝化、CO₂同化和C降解过程以及参与这些元素转化过程的相关微生物群落组成和功能变化的影响,为揭示茶园土壤和富营养化水体中C、N元素转化对CO₂浓度升高的响应规律及元素转化过程中潜在的微生物机制奠定基础,也为探索温室效应背景下茶园生态系统和经济林系统的生态效益提供理论支撑。具体研究结果如下:1.大气CO₂浓度升高显著增加了茶树地上和地下部分的生物量;促进了茶树叶片的萌发和生长,但对茶树的苗高无显著影响;促进了茶树根系对土壤中N元素的吸收,但对树体中C元素和地上部分N元素含量无显著影响。2.CO₂浓度升高显著促进了土壤中卡尔文循环相关的CO₂固定基因cbbL的增加。茶树的生长增加了C降解功能基因ChiA、GH48及cbhⅠ的丰度。有茶树生长时,CO₂浓度升高促进了土壤中LOC和MBC含量的增加,增加了GH48功能基因的丰度,促进C的降解。3.CO₂浓度升高降低了土壤中TDN和NO₃^-的浓度,增加了反硝化功能基因nirS、nirK和nosZ的丰度,促进了土壤的反硝化作用。无茶树生长时,CO₂浓度升高促进了土壤中N₂O的释放。有茶树生长时,CO₂浓度升高处理中的N₂O的释放量远高于无茶树生长的处理,却低于正常CO₂浓度有茶树生长的处理。4.CO₂浓度升高增加了土壤中光合细菌的丰度,如蓝细菌门和绿弯菌门细菌,促进了光合自养方式的CO₂同化。硝化细菌和氨氧化古菌对CO₂浓度升高和茶树生长具有相似的响应趋势。然而,CO₂浓度升高和茶树生长共同作用时,奇古菌门、硝棘菌门、硝化螺菌门、亚硝化螺菌科的相对丰度均低于eCO₂和aCO₂P处理。正常CO₂浓度条件下,茶树的生长显著增加了土壤细菌中拟杆菌门（纲）、噬几丁质菌目、噬纤维菌目等典型C降解细菌的相对丰度,促进土壤中的C降解。CO₂浓度升高和茶树生长的共同作用促进了土壤中的纤维杆菌门、拟杆菌门（拟杆菌科）、噬几丁质菌科、鞘脂杆菌科、鞘脂单胞菌科等C降解细菌和弧菌目（科、属）、黄色单胞菌科、鞘脂单胞菌科等反硝化细菌丰度的增加,促进了土壤中的C降解和反硝化作用,加快了土壤中C的流通和转化。5.CO₂浓度升高降低了土壤中子囊菌门真菌的相对丰度,增加担子菌门真菌的相对丰度,但有茶树生长时,土壤腐生真菌和木质腐生真菌丰度相对丰度较高,促进了真菌对木质素的降解。6.对富营养化水体而言,CO₂浓度升高促进藻的生长,导致藻类和硝化细菌对无机碳产生竞争,轻微地抑制硝化作用,但促进反硝化作用和N₂O的释放。藻类光合作用和呼吸作用的昼夜交替调节水体中的pH,减轻CO₂浓度升高引起的水体酸化,使硝化和反硝化微生物在适宜的pH范围内生长。夜间藻类呼吸消耗水体中的溶解氧,导致水体中反硝化功能基因nirK和nosZ丰度的增加。藻密度可能是影响富营养化水体中反硝化和N₂O释放的关键环境因子。7.CO₂浓度升高显著增加了富营养化水体中光合细菌和cbbL功能基因的丰度,促进了光合自养的功能富集,但降低了部分化能自养细菌的丰度,包括硝化细菌（亚硝化单胞菌科、硝化螺菌门）。同时,CO₂浓度升高增加了C降解相关细菌（酸微菌纲、Thermoleophilia、Gaiellales）和功能基因（ChiA）的丰度,促进了烃类降解、纤维素水解和芳香烃降解等功能。茶园土壤和富营养化水体中C、N元素转化对CO₂浓度升高的响应规律有相似之处也有差异之处。两者共有的规律是CO₂浓度升高条件下,无植物生长时,土壤和水体中的反硝化作用均显著增加,且促进N₂O的释放,可能导致温室效应的加剧,此外,CO₂同化及C降解作用对CO₂浓度升高均有积极的响应,加快了C的流通和转化速率。有茶树生长时,土壤中的C、N转化对CO₂浓度升高的响应更强烈,土壤中的C固定和C降解功能基因和相关细菌丰度更高,反硝化作用也更强。这些结果有利于进一步理解温室效应背景下同一系统内不同介质中C、N转化规律的差异及植物在元素转化过程中的调节作用。