土壤微生物多样性是影响地下生态系统结构和功能的关键因素之一。然而，目前关于微生物多样性对多种全球变化因子响应的研究仍较少。本文以237篇已发表论文数据为基础进行了Meta分析，以探讨多种全球变化因子（二氧化碳升高（eCO2）、变暖、氮增加（eN）、干湿循环、干旱、降水减少（降水-）和降水增加（降水+））对不同生态系统（农田、草地、森林、灌木地、沙漠、湿地和冻土）下微生物多样性（Shannon指数）的影响。结果发现：（1）全球变化使土壤细菌和真菌多样性分别平均减少了2.9%和3.5%。（2）对于每个全球变化因子，降水减少（降水-）、氮增加（eN）、干湿循环和干旱对土壤微生物多样性产生负效应，而eCO2、气候变暖和降水增加（降水+）对土壤微生物多样性产生正效应。这一现象是由年均温（MAT）和土壤环境因素（尤其是土壤pH值、容重和有机碳含量）的变化引起，而非年均降水量所致。（3）土壤微生物多样性的效应值大小随着MAT的增加而呈线性下降趋势，这表明微生物多样性在全球尺度上高度依赖于气候条件。（4）全球变化二因子或三因子的交互作用对土壤微生物的影响要强于单因子作用。由于多种全球变化因子通常是同时发生的，我们建议未来多开展长期的多因子实验，从而有效评估土壤微生物多样性对全球变化的响应。

论文ID

原名：Negative effects of multiple global change factors on soil microbial diversity

译名：Meta分析-多种全球变化因子对土壤微生物多样性有负面影响

期刊：Soil Biology and Biochemistry

发表时间：2021.04.01

通讯作者：王云强&安韶山

通讯作者单位：中国科学院地球环境研究所，中国科学院第四纪科学与全球变化卓越创新中心，西北农林科技大学

实验设计

结果

1. 多种全球变化因子对土壤微生物多样性的影响

非参数Cochran’s Q-检验结果表明，在干湿循环下，只有在干湿循环因子下，土壤真菌的多样性才具有潜在发表偏倚（表1）。同时，土壤微生物多样性的相对频度呈正态分布（图S1）。另外，所有观测值的残差（QE）和总异质性（QM），均服从χ2分布（表S1-3），表明全球变化因子显著影响微生物的多样性。

多种全球变化因子都对微生物多样性产生负影响，细菌和真菌多样性分别平均下降了2.9%（-0.8~-5.0，95%的置信区间）和3.5%（-1.6~-5.4，95%的置信区间）。对不同的全球变化因子而言，对微生物多样性产生负影响的是：降水减少（降水-）、氮增加（eN）、干湿循环、干旱因子，对微生物多样性产生正影响的是：二氧化碳升高（eCO2）、变暖、降水增加（降水+）因子。

对于多种全球变化因子的交互作用而言，对细菌多样性产生负影响的是：二氧化碳升高（eCO2）×变暖、变暖×降水增加（降水+）、氮增加（eN）×降水增加（降水+），而对细菌多样性产生正影响的是：二氧化碳升高（eCO2）×降水增加（降水+）。对真菌多样性产生负影响的是：二氧化碳升高（eCO2）×降水增加（降水+）、升温×氮增加（eN）、升温×降水增加（降水+）、氮增加（eN）×降水增加（降水+），而二氧化碳升高（eCO2）×氮增加（eN）对真菌多样性没有显著影响。值得注意的是，全球变化三因子的交互作用比单因子或二因子的交互作用更强（表2，图4）。

图1. 全球变化因子对土壤微生物群落影响的模型图，以陆地生态系统碳（C）、氮（N）、水（H2O）微生物代谢循环为基础。黄色箭头表示光合作用、蒸腾作用和呼吸作用；黑色箭头表示能量或元素流动；椭圆表示大气中的养分和H2O；矩形代表养分；六角形与红色阀门表示由土壤微生物群落控制的土壤过程。太极符号表示不同养分循环由不同营养关系的细菌和真菌驱动，包括激发效应、续埋效应、以及土壤呼吸作用。

图2. 本荟萃分析研究地点的（全球）分布。全球变化因子包括二氧化碳升高（eCO2）、变暖、氮增加（eN）、干湿循环、干旱、降水减少（降水-）和降水增加（降水+）。

图3. 土壤细菌（左）和真菌（右）多样性的效应值（lnRR）对全球变化因子的响应。包括单因子作用如：二氧化碳升高（eCO2）、变暖、氮增加（eN）、干湿循环、干旱、降水减少（降水-）、降水增加（降水+），以及二因子交互作用如：二氧化碳升高（eCO2）×变暖、二氧化碳升高（eCO2）×干旱、二氧化碳升高（eCO2）×氮增加（eN）、二氧化碳升高（eCO2）×降水增加（降水+）、变暖×氮增加（eN）、变暖×降水增加（降水+）、氮增加（eN）×干旱、氮增加（eN）×降水增加（降水+）。右侧的数字表示样本量。误差线表示95％置信区间（CI），当其不与0重叠时，代表显著，即p0.05。

图4. 土壤细菌（左）和真菌（右）多样性的效应值（lnRR）对全球变化因子的响应。。包括三因子作用如：二氧化碳升高（eCO2）×变暖×氮增加（eN）、二氧化碳升高（eCO2）×变暖×降水增加（降水+）、二氧化碳升高（eCO2）×变暖×干旱、二氧化碳升高（eCO2）×氮增加（eN）×干旱、二氧化碳升高（eCO2）×氮增加（eN）×降水增加（降水+）、二氧化碳升高（eCO2）×干旱×降水增加（降水+）、变暖×氮增加（eN）×降水增加（降水+）、变暖×氮增加（eN）×干旱。右侧的数字表示样本量。误差线表示95％置信区间（CI），当其不与0重叠时，代表显著，即p0.05。

2. 土壤微生物多样性的驱动因子

不同的生态系统下土壤微生物多样性的变化程度有所不同。其中影响最强的是农田生态系统（细菌多样性：-0.053~-0.017；真菌多样性：-0.055~-0.023；95%的置信区间）和草地生态系统（细菌多样性：-0.043~-0.021；真菌多样性：-0.047~-0.025；95%的置信区间）；而沙漠（p>0.05）和冻原（p>0.05）生态系统没有显著影响（图S2）。此外，土壤微生物多样性随年平均温度（MAT）直线下降（p0.90），较小的赤池信息量准则（AIC），较小的卡方值（χ2），以及较小的近似误差均方根（RMSEA，