Despite ever-increasing availability of detailed information about microbial community structure, relationships of microbial diversity with ecosystem functioning remain unclear. We investigated these relationships at the Coweeta Hydrologic Laboratory, where past forest disturbances (e.g., clear-cut) have altered both ecosystem processes (e.g., increased N export) and microbial communities (e.g., increased bacterial diversity). We sampled soils from disturbed and adjacent reference forests, characterized resident microbial communities, and measured several microbial C-cycle and N-cycle process rates. Microbial communities from historically disturbed soils exhibited altered ecosystem functioning, including generally higher rates of C- and N-cycle processes. Disturbed soil microbial communities also exhibited altered ecosystem multifunctionality, a composite variable consisting of all measured process rates as well as extracellular enzyme activities. Although we found few relationships between ecosystem functions and microbial alpha diversity, all functions were correlated with microbial community composition metrics, particularly r:K strategist ratios of bacterial phyla. Additionally, for both ecosystem multifunctionality and specific processes (i.e., C- and N-mineralization), microbial metrics significantly improved models seeking to explain variation in process rates. Our work sheds light on the links between microbial communities and ecosystem functioning and identifies specific microbial metrics important for modeling ecosystem responses to environmental change.

中文翻译：

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微生物群落的新兴特性推动受干扰的温带森林中加速的生物地球化学循环

尽管关于微生物群落结构的详细信息越来越多，但微生物多样性与生态系统功能的关系仍不清楚。我们在 Coweeta 水文实验室调查了这些关系，过去的森林干扰（例如，砍伐）已经改变了生态系统过程（例如，氮输出增加）和微生物群落（例如，细菌多样性增加）。我们从受干扰的和相邻的参考森林中取样土壤，表征常驻微生物群落，并测量了几种微生物 C 循环和 N 循环过程速率。来自历史上受到干扰的土壤的微生物群落表现出生态系统功能的改变，包括通常更高的 C 和 N 循环过程速率。受干扰的土壤微生物群落也表现出生态系统多功能性的改变，由所有测量的过程速率以及细胞外酶活性组成的复合变量。尽管我们发现生态系统功能与微生物 alpha 多样性之间几乎没有关系，但所有功能都与微生物群落组成指标相关，尤其是细菌门的 r:K 策略比率。此外，对于生态系统多功能性和特定过程（即 C 和 N 矿化），微生物指标显着改进了试图解释过程速率变化的模型。我们的工作阐明了微生物群落与生态系统功能之间的联系，并确定了对模拟生态系统对环境变化的反应很重要的特定微生物指标。尽管我们发现生态系统功能与微生物 alpha 多样性之间几乎没有关系，但所有功能都与微生物群落组成指标相关，尤其是细菌门的 r:K 策略比率。此外，对于生态系统多功能性和特定过程（即 C 和 N 矿化），微生物指标显着改进了试图解释过程速率变化的模型。我们的工作阐明了微生物群落与生态系统功能之间的联系，并确定了对模拟生态系统对环境变化的反应很重要的特定微生物指标。尽管我们发现生态系统功能与微生物 alpha 多样性之间几乎没有关系，但所有功能都与微生物群落组成指标相关，尤其是细菌门的 r:K 策略比率。此外，对于生态系统多功能性和特定过程（即 C 和 N 矿化），微生物指标显着改进了试图解释过程速率变化的模型。我们的工作阐明了微生物群落与生态系统功能之间的联系，并确定了对模拟生态系统对环境变化的反应很重要的特定微生物指标。对于生态系统多功能性和特定过程（即 C 和 N 矿化），微生物指标显着改进了试图解释过程速率变化的模型。我们的工作阐明了微生物群落与生态系统功能之间的联系，并确定了对模拟生态系统对环境变化的反应很重要的特定微生物指标。对于生态系统多功能性和特定过程（即 C 和 N 矿化），微生物指标显着改进了试图解释过程速率变化的模型。我们的工作阐明了微生物群落与生态系统功能之间的联系，并确定了对模拟生态系统对环境变化的反应很重要的特定微生物指标。