大气中的碳通过植物被“固定”,并通过一系列的生物化学过程,一部分被封存于土壤,使土壤成为地球上最大的碳汇之一。土壤如何减缓有机质矿化从而降低向大气释放温室气体,一定程度上取决于参与土壤碳循环的土壤微生物。土壤微生物对外源有机碳输入的响应是影响底物矿化与土壤有机质含量的关键因素。明确土壤微生物在底物代谢过程中群落特征、功能基因以及相关的微生物类群,有助于理解土壤碳汇在外源有机碳输入下的动态变化与驱动机制。本研究先后将葡萄糖、甘油添加至1种土壤,将葡萄糖作为底物添加至不同养分状态下的2种土壤进行室内培养实验,通过同位素分源、稳定同位素核酸探针和高通量测序技术,分析参与底物利用的微生物群落特性以及功能特征。得到以下结果:(1)在碳添加量一致的前提下,被土壤细菌所利用的葡萄糖比甘油高了33.2%。参与利用葡萄糖和甘油的土壤细菌无论优势种群还是群落组成都有着显著的差异,利用甘油的优势种群为Firmicutes和Actinobacteria,利用葡萄糖的细菌则分布于Actinobacteria,Proteobacteria,Gemmatimonadetes,Chloroflexi之中,而在培养后期,在利用易分解碳源具有优势的r-策略微生物如Firmicutes的相对丰度也有所降低。此外,预测的群落功能在葡萄糖、甘油处理间具有显著差异,甘油利用细菌中存在着较多的将底物跨膜运输的ABC转运蛋白基因,较低的细胞分泌功能蛋白基因。2种底物处理土壤中,底物利用细菌类群和功能差异可能导致了土壤有机质矿化差异,2种底物添加均引发了正激发效应,其中葡萄糖引发的正激发效应比甘油高了29.3%。(2)将共发生网络中推测的葡萄糖、甘油利用细菌与稳定同位素核酸探针直接发现的葡萄糖、甘油利用细菌进行比较验证,在属水平上,共发生网络推测的葡萄糖、甘油利用细菌各有66.2%、78.5%被直接的实验结果所验证。(3)分别向菜园土壤和草地土壤各施加高低2个浓度(90 mg/kg和60 mg/kg)的氮素,在添加葡萄糖后,菜园、草地土壤都发生了正激发效应,且施加高氮素的土壤激发效应强度比低氮素的土壤分别高了10%、8%。与低氮素施加的草地土壤中葡萄糖矿化相比,在施加高氮素草地土壤中葡萄糖其自身矿化显著降低,同时利用葡萄糖的优势细菌Actinobacteria丰度也较低,同时在高氮素施加的草地土壤中葡萄糖利用微生物其糖苷水解酶基因的丰度显著降低。而在菜地土壤中葡萄糖自身矿化趋势和Actinobacteria丰度皆与之相反。简言之,底物类型、土壤养分状态均会使微生物群落改变底物利用策略,进而影响激发效应强度。