土壤生物群落复杂而多样,不同生物的体型大小不尽相同。体型大小作为土壤生物最基本的生活史性状,其与丰度之间的关系能解释资源在生态系统中的分配及与生态系统功能的关系。土壤生物在复杂的食物网中相互作用,一个营养类群多样性变化可能改变另一个营养类群的丰富度、多样性和功能。土壤生物多样性的降低会损害许多生态系统功能,而过去研究多集中在特定的生物类群,有必要系统了解土壤生物群落组成的改变和多样性的变化如何影响生态系统功能。本研究基于体型大小这一重要的生物功能性状,并结合生物多样性和群落结构,试图探究土壤生物群落的变化与生态系统功能的关系机制。首先通过梯度过筛法构建生物群落组成及多样性不同的土壤悬液,接种到灭菌的水稻土中培养,而后混施15N标记的水稻秸秆,并设置不种植水稻和种植水稻两种处理,通过测定土壤生物群落、氮素转化和植物生长等指标,揭示不同土壤生物群落组成及多样性对秸秆矿化和水稻生长的影响机制。主要研究结果表明:(1)土壤生物群落多样性的提高,有利于秸秆分解而导致土壤可溶性有机碳含量升高。15N同位素示踪研究发现秸秆矿化率与真菌细菌比呈显著正相关(P<0.05),说明在秸秆分解和氮素矿化过程中,微生物群落组成发挥更为关键的作用。水稻土中有机物矿化主要表现为细菌能流途径,真菌生物量的升高,其菌丝作为细菌的运输载体加速细菌对秸秆的分解矿化。种植水稻后,秸秆15N回收率与原生动物数量显著正相关(P<0.05),与真菌细菌比显著负相关(P<0.01),说明土壤食微动物通过取食细菌提高秸秆N在土壤中的留存。(2)种植水稻后,土壤内残留的秸秆矿化释放的矿质15N与细菌丰富度、真菌丰富度和线虫数量呈显著负相关(P<0.05),与真菌细菌比显著负相关(P<0.001),水稻生物量和氨基酸都与微生物丰富度和线虫数量正相关,这些结果说明越丰富的土壤生物群落,且土壤动物与微生物之间更频繁的相互作用,促进水稻对于N的吸收利用进而促进水稻生长。但水稻生长和抗性存在此消彼长的权衡关系,生长越好的水稻,其防御信号物质少。(3)土壤生物群落简化和多样性的降低,秸秆N的利用效率降低,养分累积过程中土壤电导率(EC)升高及pH降低,引起土壤酸化。水稻土长期淹水且酸性条件下还会促进反硝化作用而导致氮素损失。(4)土壤生物多样性最高时,某些单一功能如秸秆15N回收率、水稻生物量、水稻全氮含量等并未最大化,出现功能冗余,但土壤生物多样性与生态系统多功能性则呈现显著正相关,说明生态系统多功能性更依赖于更高的生物多样性。综上,土壤生物群落组成或多样性,特别是食微动物与微生物的关系是影响有机物分解、氮素矿化、植物生长和化学组成的关键因素;组成复杂的生物群落,其整体生物多样性越高对资源的利用能力越强,因此越有利于生态系统多功能性。