【摘 要】
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全球气候模型预测21世纪干旱的强度和频度将呈现加剧的趋势,然而关于干旱对生态化学计量比和土壤微生物群落结构的影响研究仍相当有限。本研究首先采用metaanalysis的方法,收集了来自79篇文献的379个案例,探讨干旱对来自不同生态系统的植物-土壤-微生物系统碳（C）、氮（N）和C:N的影响;然后收集了来自160篇文献的848个案例,研究了降雨增加与减少对植物-土壤-微生物系统C:N:P生态化学计
【基金项目】
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国家“十三五”国家重点研发计划课题,人工林地下生态过程对生产力的调控机制（No.2016YFD0600204）； 国家自然科学基金（No.32071594）；
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全球气候模型预测21世纪干旱的强度和频度将呈现加剧的趋势,然而关于干旱对生态化学计量比和土壤微生物群落结构的影响研究仍相当有限。本研究首先采用metaanalysis的方法,收集了来自79篇文献的379个案例,探讨干旱对来自不同生态系统的植物-土壤-微生物系统碳（C）、氮（N）和C:N的影响;然后收集了来自160篇文献的848个案例,研究了降雨增加与减少对植物-土壤-微生物系统C:N:P生态化学计量比的影响。同时,选择杨树人工林土壤作为研究对象,通过野外林内穿透雨减排模拟实验,研究不同程度干旱（对照、穿透雨减少30%和穿透雨减少50%）对不同深度土壤（0-15、15-30和30-45cm）土壤,微生物量和胞外酶的C:N生态化学计量比的影响,并且计算出了微生物的C利用效率（CUE）和N利用效率（NUE）。最后探索了干旱处理对杨树人工林微生物群落结构的影响。研究结果如下:（1）在全球尺度上,干旱降低了植物组织、土壤和胞外酶活性的C和N浓度和C:N比,但是增加了土壤微生物量C:N比。干旱的这些效应随着干旱强度的增加和干旱时间的延长而更显著,并且在不同的生态系统和气候（年平均温度和年平均降雨）表现出一致性。这项研究强调了植物-土壤-微生物系统C:N生态化学计量比对干旱响应的一致性。（2）降雨增加与减少对植物-土壤-微生物C:N:P的全球meta-analysis表明:在适度降雨强度下,地上-地下生态系统的C:N和C:P对增加降雨比减少降雨更敏感;在极端降雨条件下,C:N和C:P对减少降雨比增加降雨更敏感,这与“双不对称模型”的预测结果相一致。但是,无论降雨增加还是减少,地上-地下系统的N:P都是增加的。并且,这种“双不对称”模式随着降雨强度和时间的增加而变得更显著。降雨变化对植物-土壤-微生物的C:N:P效应不随着生态系统类型（森林和草地）和气候条件的变化而改变。（3）根据meta-analysis的预测干旱效应,我们选取了亚热带地区杨树人工林作为研究样地,研究土壤、微生物量和胞外酶活性C:N比的变化,并且根据这些C:N比计算了CUE和NUE。研究发现干旱处理显著增加了微生物量和胞外酶C:N比以及微生物CUE和NUE。并且,结构方程表明:干旱处理可以通过影响真菌:细菌和胞外酶活性C:N来调控微生物的CUE和NUE。（4）干旱处理显著提高了微生物群落中真菌:细菌比,革兰氏阳性:阴性细菌比,酸杆菌门相对丰度和GP1酸杆菌纲相对丰度,但降低了变形菌门和alpha变形菌纲相对丰度。干旱导致土壤湿度、土壤活性有机碳氮含量降低,但土壤微生物量C:N和p H升高。干旱的这些效应随着干旱强度的增加而增加,并且在各个土层中呈现一致性。土壤湿度、p H、土壤活性有机C和N对微生物群落结构的变化有着显著影响。以上结果表明:在全球尺度上,干旱显著降低植物-土壤-微生物系统的C:N,植物-土壤-微生物C:N:P对降雨增加与减少的响应符合“双不对称模型“的预测;在局域尺度上,不同程度干旱均减少土壤C:N,但增加微生物量C:N、CUE和NUE,并且使微生物群落结构中真菌:细菌比升高,做出适应干旱的改变。综上所述,土壤生态化学计量比决定了土壤微生物群落结构,而土壤微生物群落结构的变化又影响了土壤生态化学计量比。
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