气候变化可改变土壤微生物群落及其所介导的碳氮等营养元素循环,对生态系统产生复杂的影响。然而目前关于多元气候变化因子交互作用对土壤微生物长期影响的综合研究匮乏,因此对地球元素化学循环的机理认识很少。针对该问题,本研究以美国加利福尼亚州温带草原生态系统为研究对象,通过人为模拟CO₂浓度升高、氮沉降、降水、增温和野火等野外试验表征多元气候变化,利用高通量测序和基因芯片（Geo Chip 4.6）等环境基因组学技术,从土壤微生物群落物种组成和功能基因两个角度深入探究其对多元气候变化因子的响应机制,主要发现为:（1）土壤微生物物种组成受单一气候因子的影响显著,其响应由具有最大效应的单一因子决定,效应强度依次为氮沉降、降水、CO₂浓度升高和野火,而未能检测到增温的单一因子作用和多元气候变化因子的交互作用。土壤微生物功能基因受单一因子和多种因子交互作用影响均显著,其响应机制与物种层面不同。（2）CO₂浓度升高（275 ppm）使得土壤微生物群落向生长缓慢物种组成转变:具有较高核糖体RNA操纵子（Ribosomal RNA Operon,rrn）拷贝数的物种相对丰度显著降低,而具有较低rrn拷贝数的物种相对丰度显著增加,显著改变的OTUs的平均rrn拷贝数由2.27下降至2.01,表明其潜在最大生长速率显著下降。氮固定基因nif H（-12.6%）和氨氧化基因amo A（-6.1%）相对丰度显著下降,硝化酶活性（-48.3%）和反硝化酶活性（-25.6%）降低,表明微生物存在强烈的氮限制。与碳降解相关功能基因相对丰度也发生显著变化,而与碳固定相关的功能基因相对丰度基本不变。（3）在野火试验9个月后,土壤微生物群落环境选择压力显著增强,少数关键物种（46个属）通过增强种间负相互作用来增强整体群落对野火的抵抗力,其群落分布模式主要受确定性因素主导,符合生态位理论。野火显著降低了与碳降解和氮循环相关的大多数功能基因的相对丰度,表明与土壤碳氮循环相关的微生物过程受到抑制。野火促进了地上植被（+20.5%）和地下根系生物量（+24.6%）增加,这是土壤呼吸速率升高（+37.1%）的主要原因。因此,野火进一步加剧植物和微生物对土壤无机氮的竞争。本研究厘清了温带草原生态系统土壤微生物物种组成和功能基因对多元气候变化的响应机制,揭示了微生物对于生态系统碳氮循环的影响,证明了将微生物纳入对生态系统多种生态功能过程评估的重要性和必要性。