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随着人类活动的加剧，土壤生态系统受到越来越多的人为活动干扰，这些干扰影响到土壤生态系统的功能和稳定性。土壤微生物是土壤生态系统的核心组成，数量巨大且种类丰富，广泛参与元素的生物地球化学循环，对植物生长、气候调节、污染物转化（降解）等陆地生态系统功能起着不可替代的重要作用。土壤微生物群落对暂时性扰动或长期胁迫的抵抗力和恢复力在一定程度上可反映生态系统过程和功能的稳定性。研究土壤微生物群落对外界环境胁迫的响应特征和响应机理，对于认识和预测环境变化对土壤微生物系统及其功能的影响具有重要科学意义，对评估土壤污染或环境变化对土壤生态系统的影响具有重要实用价值。 本论文采用分子生态学研究方法，如聚合酶链式反应(PCR)、实时荧光定量PCR、末端限制性片段多态性分析(T-RFLP)、克隆和测序技术等，以及高通量测序(illumina miseq)，系统深入地揭示了重金属铜或镍污染梯度对土壤微生物群落结构、多样性和功能的影响，阐释了初次铜胁迫是否能够增强土壤微生物群落对二次铜胁迫的抵抗力、初次铜胁迫是否能够增强土壤微生物群落对干湿交替胁迫的抵抗力，在此基础上探讨了土壤微生物群落对环境胁迫的适应机制。论文的主要研究内容与成果如下: 1.连续两年分别从山东德州（潮土）和湖南祁阳（红壤）采集经历了五年不同铜或镍重金属污染梯度的田间土壤样品，用高通量测序(miseq)方法研究了细菌群落结构、多样性和功能分别随铜或镍重金属浓度梯度的变化特点。两种土壤中的微生物量碳(SMBC)随铜浓度升高显著下降，细菌丰度也基本呈现类似的变化趋势，尽管两种土壤的细菌群落结构有显著差异，但是细菌的多样性均随铜浓度升高而显著下降。结构方程模型(SEM)的结果显示细菌多样性和群落组成的变化决定了SMBC的变化。与铜胁迫类似，两种土壤中的微生物量碳(SMBC)随镍浓度升高也呈现出显著下降的趋势，尽管两种土壤中细菌群落结构随镍浓度梯度均有显著的变化，但是多样性和丰度变化均未呈现有规律的下降或者上升趋势。本研究还分别找出了铜、镍的敏感型和耐受型微生物群类群，发现放线菌均为铜和镍的耐受型类群，酸杆菌均为铜和镍的敏感型类群，绿弯菌为铜敏感型类群以及浮霉菌为镍敏感型类群。本研究采用大田的实验数据强有力地证明了铜和镍胁迫的确对细菌群落结构和功能都造成了显著的负面影响，但对多样性的影响不同。 2.采用T-RFLP的技术手段研究了德州8个铜污染梯度的土壤(浓度范围是0-3200 mg kg-1)中细菌、古菌、氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)的群落结构变化，并测定了硝化潜势(PNR)和土壤呼吸(SIR)等功能指标的变化，及细菌、古菌、AOB和AOA的丰度变化。研究结果发现，PNR、SIR及各微生物的丰度随铜浓度的升高均有显著变化，各微生物的群落结构在高铜浓度和低铜浓度处理也有显著的差异。因此进一步挑选了差异最显著的Cu0和Cu3200处理样品，分别设置了四个处理包括Cu0-C（不添加二次铜胁迫）、Cu3200-C（不添加二次铜胁迫）、Cu0-A（添加二次铜胁迫）、Cu3200-A（添加二次铜胁迫）进行微宇宙培养试验，研究土壤微生物群落对二次铜胁迫的响应。结果发现，PNR和SIR在90天的培养试验中均表现出了恢复的趋势而微生物的丰度则变化趋势不明显。微生物群落的抵抗力大小采用Bray-Curtis相异性值的大小来量化，Cu0-A处理与Cu0-C处理相比较微生物群落的Bray-Curtis相异性值在二次铜胁迫后显著高于胁迫前，而Cu3200-A处理与Cu3200-C处理相比较微生物群落的Bray-Curtis相异性值在二次铜胁迫前后差异不大。这表明，初次铜胁迫增强了土壤微生物群落对二次铜胁迫的抵抗力。 3.进一步又研究了初次铜胁迫是否能够增加土壤微生物群落对干湿交替(DW)胁迫的抵抗力，分别选取了潮土中Cu0（低）、Cu800（中）、Cu3200（高）三个处理设置了Cu0、Cu0-S（DW胁迫）、Cu800-S（DW胁迫）、Cu3200-S（DW胁迫）四个处理，和红壤中的Cu0（低）、Cu200（中）、Cu800（高）三处理设置了Cu0、Cu0-S（DW胁迫）、Cu200-S（DW胁迫）、Cu800-S（DW胁迫）四个处理，干湿交替胁迫共包含10次干湿交替循环。土壤呼吸的抵抗力(RSSIR)结果表明了在两种土壤中Cu0-S处理的RS SIR显著高于其它处理，说明了未受初次铜胁迫的处理抵抗力显著高于经受了初次铜胁迫的处理。对于细菌群落来说，潮土中Cu0-S处理细菌群落的变化速率显著低于Cu800-S和Cu3200-S处理，这说明了细菌群落变化速率快导致经受了初次铜胁迫的处理土壤呼吸的抵抗力低，红壤中细菌群落的变化速率在各处理间虽然没有显著差异，但是由于Cu800-S处理中的最优势类群WPS-2在干湿交替胁迫过程中相对丰度大幅增加导致了土壤呼吸的抵抗力显著下降。结构方程模型(SEM)的结果再次印证了细菌群落的变化决定了不同铜胁迫处理抵抗力的不同。此结果有力的证明了初次铜胁迫减弱了土壤微生物群落功能对干湿交替胁迫的抵抗力，这是因为初次铜胁迫处理的细菌群落变化速率或者优势类群的变化较大。 4.综合以上研究结论并综合分析相关文献，提出了土壤微生物群落对环境胁迫可能的响应和适应机制:(1)微生物群落在长期的铜镍胁迫下通过改变群落结构来适应胁迫的环境，铜镍敏感型类群逐渐被铜镍耐受型类群所替代，而耐受型类群之所以能够适应重金属胁迫的环境是通过活跃的重金属外排作用或被重金属螯合物质络合，从而保证胞内重金属浓度限定在一定范围内;(2)微生物的功能并不一定随微生物群落结构的改变而改变，最可能的原因就是微生物群落存在较高程度的功能冗余，即不同的微生物类群可能执行相同的功能，因此虽然微生物的群落结构发生了改变，但是微生物相应的功能并不受显著影响，功能冗余对于维持微生物群落的稳定性有重要作用;(3)初次铜胁迫可以增强微生物群落对二次铜胁迫的抵抗力很可能是因为二次胁迫与初次胁迫类型一致，因此在添加二次铜胁迫后，两次胁迫相似有可能使微生物群落形成协同耐受性从而增强微生物群落的抵抗力。(4)初次铜胁迫降低了微生物功能对其它胁迫如干湿交替胁迫的抵抗力，这是因为经受了初次铜胁迫的土壤微生物群落受到干湿交替胁迫时群落的变化速率快，且优势类群有较大的变化，细菌群落的变化决定了微生物功能对干湿交替胁迫的抵抗力。 综上所述，本论文通过综合运用各种分子生态学研究手段，从室外场地实验至微宇宙培养实验，揭示了土壤微生物群落对不同环境胁迫的响应特征并分析了其可能机制。