土壤微生物作为主要的分解者,是陆地生态系统的重要组成部分,在地球化学物质循环和维持生态系统功能等方面发挥着极大的作用。微生物能够快速响应土壤、植被以及气候等引起的环境变化,较早的指示生态系统功能的变化。分子生物学技术的快速发展,为人们深入认识微生物提供了技术保障。青海三江源地处青藏高原腹地,被誉为“中华水塔”,其特殊的地理位置和生态环境孕育了极其丰富的物种资源。高寒草甸是青藏高原高寒生态系统中特有的植被类型,多分布在海拔3000米以上,在三江源地区广泛分布。由于全球气候变化以及人类活动的影响,高寒草甸植被正在发生退化、演替现象,对该地区生物多样性和生态系统功能产生了很大影响。研究三江源地区高寒草甸不同海拔土壤微生物的分布格局,对深入认识该地区的土壤微生物地理区系和预测全球环境变化的影响及其响应具有重要意义。本论文主要利用宏基因组学技术和常规的微生物检测技术,研究了三江源自然保护区高寒草甸土壤微生物沿海拔(3220—4790m)的分布格局,并分析了影响土壤微生物分布的形成机制,进一步探讨了高寒草甸演替过程中对土壤微生物的影响。主要研究结论如下:(1)利用Illumina高通量测序技术研究了6个不同海拔样地(3220—4790m)的土壤微生物群落结构,并分析了影响土壤微生物分布的主要环境因子。结果表明:不同海拔的土壤微生物优势菌门均为变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)和放线菌门(Actinobacteria),其相对丰度之和大于70%,是高寒草甸土壤的重要微生物菌群。DCA和差异性统计分析表明,高寒草甸不同海拔土壤微生物的群落结构差异显著(P<0.05),不同门类的相对丰度沿海拔的变化趋势不同;微生物多样性指数表明,6个海拔样地土壤微生物丰富度指数在3784.92±537.45到4193.00±434.00之间,Shannon指数在7.37±0.19到7.53±0.14之间,Simpson指数在608.10±143.45到801.12±104.12之间。各指数沿海拔梯度的变化规律不明显;Mantel test等分析表明土壤pH是影响土壤微生物海拔分布的主要环境因子。此外,土壤湿度、有机碳和有效氮对微生物也有重要影响作用。(2)放线菌是环境微生物中的重要类群,研究土壤放线菌的群落结构和分布,对保护放线菌资源有重要意义。通过研究土壤放线菌的多样性,结果共检测到5057个放线菌OTUs,分属于230属,52科,9目,5亚纲。土壤放线菌群落的DCA分布和差异性统计分析结果表明,不同海拔的放线菌群落结构差异显著(P<0.01),而各海拔中放线菌亚纲(Actinobacteridae)和红色杆菌亚纲(Rubrobacteridae)的相对丰度之和均大于80%,是明显的优势类群。在6个海拔样地中,土壤放线菌OTUs的数量在447.23±52.83到675.00±114.69之间,Shannon指数在5.35±0.15到5.78±0.11之间,放线菌的丰富度指数和Shannon多样性指数均随海拔的升高显著(P<0.01)下降。Mantel test分析结果表明,土壤温度、湿度以及土壤有机碳、氮与土壤放线菌的群落结构具有显著(P<0.05)的相关性,是影响土壤放线菌分布的重要因素。(3)通过利用高通量测序技术、Biolog碳源平板技术以及Geochip4.0技术,分析了高寒草甸演替成高寒草原化草甸后土壤微生物群落的变化,并从功能基因水平上探讨了演替引起的生态功能变化。结果表明,高寒草甸与高寒草原化草甸的土壤微生物群落结构显著差异,且高寒草原化草甸的微生物多样性显著高于高寒草甸。分子生态网络分析发现高寒草原化草甸比高寒草甸的生态网络更加复杂,表明草甸演替会改变微生物的群落结构以及微生物之间的相互关系。微生物功能基因和微生物Biolog碳源平板分析表明,高寒草原化草甸的微生物可能会降解和利用更多的土壤有机碳。随着演替的发生,存储在土壤中的碳将会被释放,导致土壤碳储量减少。利用Mantel、CCA和VPA分析环境因子对土壤微生物的影响,结果表明植物、土壤有机碳以及土壤磷是影响土壤微生物群落结构和功能的重要环境因子。