草地生态系统能够承载多种生态功能与服务,对维护人类社会福祉发挥重要作用,然而,也是当前受人类活动干扰十分严重的生态系统类型。生态系统多功能性（Ecosystem multifunctionality）是一个重要的生态学概念,用于表征生态系统同时维持多种生态功能和服务的能力,例如,植物与动物生产力、碳储存和养分循环等。土壤多功能性（Soil multifunctionality）是生态系统多功能性的子集,它表征土壤同时提供多种功能和服务的能力,其中,土壤单一功能土壤氮循环（Nitrogen cycling）是陆地生态系统生物地球化学循环的重要组成部分。由于化石燃料和农业化肥的过度使用,导致全球范围内大气氮沉降速率急剧增加,过量的氮素输入会提高土壤氮素利用率或引起土壤酸化和毒性,进而影响植物和土壤微生物群落,并最终影响生态系统功能。随着全球气候变暖和降水格局发生改变,干旱和极端降水事件频发,降水变化通过改变土壤水分有效性和土壤微生物群落对半干旱草地生态系统功能产生严重影响。同时,在全球变化背景下,生物多样性正在以前所未有的速度骤减。因此,物种多样性减少对生态系统功能的影响已经成为一个备受关注的生态学问题。此外,土壤微生物群落是生态系统功能的重要驱动因素,全球变化与生物多样性丧失可以通过改变养分有效性和营养相互作用来调节土壤微生物群落的组成和多样性。然而,植物多样性与大气氮沉降以及植物多样性与降水变化的交互作用对草地土壤多功能性的作用规律及其调节机制如何,目前尚不十分清楚。本研究在松嫩草地开展了对羊草（Leymus chinensis）草甸草原的野外调查研究,结合微宇宙盆栽实验,探究植物多样性及大气氮沉降与模拟降水等对土壤多功能性的影响与机制;采用实时荧光定量技术、荧光酶标、称重烘干和厌氧培养等方法,系统地分析了在植物多样性丧失与全球变化条件下,植物群落特性、土壤理化特性、土壤微生物特性、土壤氮循环、土壤多功能性以及生态系统多功能性的变化规律,并且探讨了土壤微生物群落对生态系统功能的调节机制。本研究主要结果与结论如下:（1）在松嫩草地草甸草原开展了野外原位实验,选取6个植物多样性不同但土壤特性相似的样地,研究植物多样性对土壤多功能性的影响及其微生物调节机制。研究发现,低植物多样性条件下土壤微生物碳限制显著高于高多样性的植物群落;高多样性植物群落的根冠比（地下生物量/地上生物量）、土壤真菌和细菌丰富度以及土壤多功能性显著高于低多样性的植物群落;土壤真菌丰富度与微生物碳限制存在显著负相关关系。采用平均法、单阈值法和多阈值法计算土壤多功能性发现,土壤多功能性与土壤真菌丰富度呈显著正相关关系;同时,土壤多功能性与土壤腐生真菌相对丰度呈显著正相关关系;然而,土壤多功能性与土壤病原菌相对丰度则具有显著负相关关系。土壤真菌丰富度对土壤多功能性产生正向作用的最低阈值为16%,当阈值提高到36%时达到对土壤多功能性的最大正效应,即每增加1种真菌能够提高0.016倍的土壤功能。此外,稀有真菌物种是土壤多功能性的主要预测因子。综上,相对较高的植物多样性导致植物生物量分配模式改变,即增加植物根冠比并缓解微生物碳限制,进而提高真菌丰富度并最终促进土壤多功能性。另外,在野外原位条件下,土壤真菌群落对土壤多功能性的调节作用比细菌更重要。（2）本研究实施了连续2年的微宇宙实验,研究植物多样性与氮添加交互对土壤氮循环与土壤多功能性的影响及其调节机制。结果表明,高多样性植物群落能够缓解高水平的氮添加对土壤氮循环多功能性的负面效应;在高多样性植物群落条件下,高水平的氮添加激活了多种生物驱动机制,即增加植物地下生物量、土壤全碳含量、AOB amo A基因丰度、气态氮损失潜力等,并最终促进土壤氮循环多功能性。植物多样性与氮添加对土壤多功能性具有显著的（P＜0.001）交互作用,植物多样性（P=0.012）和氮添加（P=0.041）均显著提高了土壤多功能性。土壤多功能性与土壤细菌丰度和多样性存在显著的正相关关系。综上所述,高植物多样性和氮添加通过增加植物地下生物量而间接地提高土壤有机质含量、土壤细菌丰度和土壤呼吸速率,并最终增强了土壤多功能性。此外,土壤细菌丰度和土壤有机质含量是预测土壤多功能性的重要因子。（3）本研究开展连续2年的微宇宙实验,探讨植物多样性和降水变化交互对土壤氮循环和生态系统多功能性的影响与机制。结果表明,植物多样性与降水变化的交互作用显著（P=0.023）影响AOB amo A基因丰度,且降水量的增加降低了AOB amo A基因丰度和净氮硝化速率。土壤有机质含量和β-1,4-N-乙酰葡糖胺糖苷酶活性是影响土壤氮循环的主要驱动因子。植物多样性的增加提高了生态系统多功能性,但是降水量的增加则降低了生态系统多功能性。高的植物多样性能够提高植物地上生物量、α-1,4-葡糖苷酶活性和土壤总有机碳含量等重要的生态系统功能;而降水量的增加则降低植物群落叶片氮和磷含量、纤维二糖水解酶和β-1,4-N-乙酰葡糖胺糖苷酶活性。生态系统多功能性与土壤p H、土壤有机质含量和细菌丰度之间存在显著的正相关关系。土壤细菌丰度的变化在调节植物多样性和降水变化对生态系统多功能性的影响中发挥着关键作用。综上所述,植物多样性通过提高细菌丰度进而增加生态系统多功能性。相比之下,降水量的增加则降低了细菌丰度,从而间接地抑制生态系统多功能性。综上,本研究在草地原位研究与微宇宙控制实验两种实验条件下,围绕植物多样性、植物多样性与氮添加互作、植物多样性与降水变化互作三个方面的预测变量,以及土壤氮循环、土壤多功能性到生态系统多功能性三个层面的响应变量,较为全面地解析了生物多样性与全球变化因素（氮沉降和改变降水）对草地生态系统功能的影响。研究发现,植物多样性能够减缓氮沉降与降水变化对生态系统功能的负面效应,并通过植物群落、土壤与土壤微生物等属性变化间接地驱动或调节生态系统多功能性。本研究为全球气候变化下草地生态系统功能的维持提供了重要的见解,并为制定合理的草地适应性管理政策提供了有力的数据支撑。