生物多样性为人类的生存发展奠定了物质基础，对维持全球生态系统平衡和 人类福祉具有重大意义。随着全球化进程的日益加快和气候变化的影响，生态系 统频繁受到外界扰动，导致大量动物濒临死亡和灭绝，生物多样性受到严重威胁。 不同于植物凋落物，动物死亡后形成的养分资源能被微生物快速分解利用，从而 维系生态系统养分循环和能量流动。土壤是地球上生物多样性最大的储存库之一， 土壤微生物多样性在动物残体分解过程中的作用尚未被充分理解。

      本研究围绕土壤细菌群落调控的蚯蚓残体分解进程展开研究，分别在时间尺 度上和土壤细菌多样性水平下研究蚯蚓残体分解动态，借助分子生物学手段并结 合相关统计学分析方法，系统研究了（1）蚯蚓残体分解过程中细菌群落动态； （2）蚯蚓残体分解过程中细菌群落构建机制及网络拓扑结构动态变化；（3）土 壤细菌多样性对蚯蚓残体分解进程的影响；（4）土壤细菌多样性对外源扰动的 抗性；（5）蚯蚓残体分解对土壤系统的影响。具体研究内容及结果如下：

        （1）通过微宇宙实验将蚯蚓（Amynthas corticis）残体分别埋入原生土壤 （北京土壤）和外源土壤（许昌土壤）中，置于人工气候箱培养，模拟其在自然 条件下的分解状态。在蚯蚓残体分解过程的第 0、1、3、5 和 8 天进行破坏性取 样，利用 16S rRNA 基因测序的方法表征细菌群落变化，通过质量损失和三维荧 光光谱的方法衡量蚯蚓残体分解状态。我们发现蚯蚓残体在早期阶段分解较快， 具体体现在这一阶段残体分解速率较高和可溶性有机质积累较多。蚯蚓残体分解 进程与细菌群落动态一致，在分解早期细菌的丰富度和辛普森指数显著高于后 期，且多数细菌类群的丰度随分解进程逐渐降低。细菌群落演替与可溶性有机质 组成随时间的变化显著相关，具体来说，更多的细菌功能类群（如甲基营养型、 与硝酸盐呼吸、尿素分解、硫呼吸相关的类群）在早期阶段参与残体分解。通过 研究土壤无脊椎动物分解过程及参与分解的细菌群落，为微生物生态学中群落结 构-功能关系假说提供了定量化证据。

        （2）我们进一步深入探讨了蚯蚓残体分解过程中细菌群落构建机制及细菌类 群间相互作用关系的动态变化，通过计算五种生态过程的系统发育信号量化了确 定性过程（包括匀质选择、异质选择）和随机过程（包括匀质扩散、扩散限制和漂变）对细菌群落构建的相对贡献。我们发现在蚯蚓残体分解前期随机过程主导群 落构建，在分解后期以确定性过程为主导因素。通过对细菌类群丰度进行相关分 析并绘制细菌种内、种间生态网络，结合细菌共存网络拓扑学参数，我们发现在分 解后期细菌类群间相互作用减少，而这一时期是由确定性过程调控细菌群落构建， 这说明影响细菌群落构建的各个生态过程和微生物间的相互作用共同调控蚯蚓分 解过程中细菌群落动态。通过对细菌群落构建机制和网络关系的整合分析，有助 于扩展我们对不同细菌类群如何通过相互作用进行调控和权衡并最终实现各类群 共存发展的认识。

       （3）通过稀释灭绝再接种的方法构建土壤细菌多样性梯度，在各多样性水平 下微生物生物量恢复一致后分别接种灭菌和未灭菌蚯蚓残体，将微宇宙置于 20C 培养箱中黑暗培养，在分解的第 10 天和第 30 天进行破坏性取样。多方面考察细 菌多样性对蚯蚓残体分解的影响。不仅从源和汇中共有细菌数量角度说明多样性 对细菌迁移的影响，同时运用生态基因质量守恒的方法从微生物活性的角度出发 量化迁移的影响。我们发现在多样性高的处理中土壤细菌迁移到蚯蚓体上的数量 更多。另外，细菌迁移对蚯蚓残体分解的影响主要由活性微生物群落决定。

        （4）在人为构建的土壤细菌多样性梯度下，分别添加灭菌和未灭菌蚯蚓残体， 考察土壤细菌对蚯蚓源微生物的抵抗性，发现添加灭菌蚯蚓土壤细菌多样性随接 种多样性降低而降低，添加未灭菌蚯蚓土壤细菌多样性不随多样性梯度发生变化； 灭菌蚯蚓处理的细菌群落组成与未灭菌处理存在显著差异；土壤细菌对蚯蚓源微 生物抵抗力随多样性的降低而降低，随着分解时间延长，多样性-入侵关系消失； 不同多样性梯度下添加灭菌蚯蚓与未灭菌蚯蚓处理中土壤细菌类群在科水平上存 在显著性差异，第 10 天差异性类群数量随着多样性降低而增加。

      （5）通过研究时间尺度上和细菌多样性梯度下蚯蚓残体分解对土壤理化性质 和土壤细菌群落的影响，发现 1）在时间尺度上，土壤总氮含量、铵态氮含量随分 解时间延长逐渐增加；与碳循环相关酶的活性降低，与氮循环相关的亮氨酸氨基 肽酶以及酸性磷酸酶的活性随分解时间延长而增强；土壤细菌群落结构受到蚯蚓 残体分解时间和土壤来源的显著影响。2）在多样性梯度下，无论是接种灭菌蚯蚓 还是未灭菌蚯蚓的土壤，在第 10 天和 30 天土壤铵态氮、硝态氮（除 30 天灭菌蚯 蚓）都不随细菌多样性梯度发生变化；随着分解时间延长，添加灭菌蚯蚓土壤中细 菌群落由复杂趋于简单；添加未灭菌蚯蚓土壤中细菌群落由简单趋于复杂。这些结果说明土壤理化性质和细菌群落结构受到蚯蚓残体分解产生的养分及蚯蚓自身 微生物的共同影响。

       本研究借助室内控制实验，分别揭示了蚯蚓残体分解过程细菌群落演替动态 及群落构建机制、土壤细菌多样性对蚯蚓残体分解进程的影响和蚯蚓残体分解对 土壤系统的影响，研究结果可以帮助理解微生物在腐生生物学过程中的重要性并 为维持和调控土壤微生物群落多样性提供理论依据和实践指导。