土壤中生存著多種多樣的微生物物種，探索這些多樣性的維持機(jī)制是當(dāng)代微生物生態(tài)學(xué)研究的核心目標(biāo)。已有研究表明確定性過程（如種間競爭和環(huán)境過濾）和隨機(jī)性過程（如物種擴(kuò)散和生態(tài)漂變）都在驅(qū)動土壤微生物群落的結(jié)構(gòu)形成。但是很少有研究探索人類活動導(dǎo)致的各種環(huán)境變化怎樣調(diào)節(jié)這兩種過程。
中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所生態(tài)化學(xué)計量學(xué)組的張西美博士及其合作者利用他們早先發(fā)明的分析方法，證明了16種不同的環(huán)境變化（包括植物多樣性喪失、放牧、氮沉降、磷素添加、增雨、增溫、以及它們的共同作用）主要通過調(diào)節(jié)隨機(jī)性過程而非確定性過程來影響微生物群落。因為土壤微生物多樣性非常高，現(xiàn)有的技術(shù)不能夠絕對準(zhǔn)確地測量微生物多樣性，只是一個取樣過程，因此計算出來的這種隨機(jī)性的重要性可能是由于取樣過程而非真正的生態(tài)學(xué)隨機(jī)過程造成的。他們進(jìn)一步利用多種不同的方法，包括基于全基因組的宏基因組技術(shù)，排除了隨機(jī)取樣過程的影響。傳統(tǒng)的觀點認(rèn)為確定性過程占主導(dǎo)作用，因此該研究結(jié)果對傳統(tǒng)的觀點提出了直接的挑戰(zhàn)。需要注意的是，該研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)環(huán)境變化主要調(diào)節(jié)了隨機(jī)性過程，這種調(diào)節(jié)包括促進(jìn)和抑制兩種情況。如果是抑制，意味著隨機(jī)性過程的相對重要性降低了，而確定性過程的重要性增加了。
這一研究結(jié)果近期發(fā)表在Global Change Biology雜志上。該研究得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項B（XDB15010404）、國家自然科學(xué)基金（31300431）和國家留學(xué)基金委訪問學(xué)者項目（201404910179）的共同資助。
在另外一項關(guān)于土壤微生物多樣性的研究中，張西美博士及其合作者分離開了生態(tài)過程和進(jìn)化過程在驅(qū)動土壤微生物多樣性中的相對貢獻(xiàn)。水溫是驅(qū)動高等動植物的最重要的生態(tài)因素,不同于高等生物，土壤pH是影響微生物群落的最重要的因素。生物與環(huán)境之間的關(guān)系有兩個方面：一方面環(huán)境變化會過濾掉不適應(yīng)的物種；另一方面，生物會通過進(jìn)化過程來適應(yīng)環(huán)境變化，或者別的地方適應(yīng)這種環(huán)境的物種會遷移過來。因此，有三種潛在的機(jī)制類型：生態(tài)過濾和進(jìn)化適應(yīng)兩種過程都不起作用；僅僅生態(tài)過濾起作用；進(jìn)化適應(yīng)抵消了生態(tài)過濾的部分作用效果。陸地生態(tài)系統(tǒng)是海洋起源的，因而原始的土壤是接近中性的，長期的生物地球化學(xué)過程使得有些生態(tài)系統(tǒng)逐漸酸化。研究者們研究了在這種大的時間尺度上的土壤酸化過程改變土壤細(xì)菌多樣性過程中生態(tài)過濾和進(jìn)化適應(yīng)的相對貢獻(xiàn)，并提出了一個理論分析框架，論證兩種過程在兩種時間尺度上的7種組合情況，并預(yù)測了每種情況對應(yīng)的多樣性模式，根據(jù)真實的多樣性模式，即可反推機(jī)理。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)三種機(jī)制都在起作用；不同的微生物類群是由不同類型的機(jī)制驅(qū)動的，第三種是最主要的類型；整個細(xì)菌域作為一個群體是由第三種機(jī)制驅(qū)動的。這一研究結(jié)果發(fā)表在Soil Biology and Biochemistry雜志上。
