在中國科學(xué)院戰略性先導科技專(zhuān)項(B)“土壤-微生物系統功能及其調控”和國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目(41430856)的資助下，中國科學(xué)院南京土壤研究所孫波課題組基于中科院鷹潭、封丘、海倫、封丘農田生態(tài)系統國家野外科學(xué)觀(guān)測研究站建立的我國東部溫度梯度帶的土壤置換試驗（2005－），首次揭示了跨氣候帶土壤微生物群落演替及功能基因組對氣候條件變化的響應機制，建立了功能基因與土壤硝化潛勢和呼吸強度的定量關(guān)系。
研究結果表明，氣候變暖（土壤南移）和氣候變冷（土壤北移）顯著(zhù)改變了潮土中土壤微生物群落結構，群落相似性表現出顯著(zhù)的時(shí)間衰減關(guān)系（time –decay relationship）。相比潮土原位的演替速率（w=0.046，P<0.001），土壤南移對微生物群落演替速率的促進(jìn)作用（w=0.094, P<0.001））高于土壤北移(w=0.058, P<0.001），說(shuō)明溫度促進(jìn)微生物的演替和競爭（代謝理論）。不同微生物對氣候變化敏感性分異，放線(xiàn)菌門(mén)與厚壁菌門(mén)最敏感，變形菌門(mén)抗性最強。氣候變暖對微生物群落結構演替的影響更為顯著(zhù)，與溫度升高后微生物的代謝速率與種群間競爭關(guān)系增加有關(guān) (Liang Y, et al. The ISME Journal, 2015)。氣候變暖（土壤南移）顯著(zhù)增加了功能基因的多樣性。氮循環(huán)功能基因豐度顯著(zhù)增加，且氮循環(huán)功能基因與土壤硝化顯著(zhù)正相關(guān)（r > 0.56, P< 0.001）；碳循環(huán)功能基因(如碳固定、碳降解、甲烷循環(huán)等)豐度顯著(zhù)增加，且與土壤二氧化碳呼吸通量顯著(zhù)正相關(guān)（r = 0.72, P< 0.020）(Zhao et al. The ISME Journal, 2014)。氣候變冷（土壤北移），土壤微生物生物量、群落結構都顯著(zhù)改變。氣候條件（年平均溫度、相對濕度）、土壤理化性質(zhì)（pH、氨氮、有效氮）及植被是影響微生物群落結構的主要因素。氨氧化過(guò)程功能基因（amoA及amoB）的平均豐度均與土壤硝化潛勢呈顯著(zhù)正相關(guān)(Yang et al. Environmental Microbiology, 2014)。于此同時(shí)，發(fā)現與裸地相比，種植作物增加了核心（Core）氮轉化基因豐度和網(wǎng)絡(luò )（fMENs）交互作用，關(guān)鍵基因由固氮基因轉變?yōu)楣痰?反硝化+硝化基因（汪峰，科學(xué)通報，2014）。上述結果為豐富跨氣候帶土壤微生物功能多樣性對氣候變化的響應提供了理論依據。
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