根际是植物、土壤和微生物相互作用的复杂微域，植物根系通过向根际分泌有机物质从而保障微生物的生存需求，同时土壤微生物通过分解有机物质为无机盐，为植物生长提供所需的矿质元素，并能直接或间接抵抗病原菌的入侵。在农田生态系统中，作物的生长依赖于根系与根际微生物的相互作用，因此研究根际土壤微生物群落组成及其相互关系，探索根际土壤微生物菌群分布及其群落构建模式，寻找根际核心菌群，可以让我们更清晰地了解根际微生物群落规律，预测根际微环境及其功能特性，并以此为参考，管理和调节根际微生物群落以提高作物产量。本研究借助于现代分子生物学技术，通过高通量Miseq平台测序，对华北平原大尺度典型农田生态系统中小麦根际土壤微生物（古菌、细菌、真菌）及固氮功能微生物群落做了系统研究，阐明了典型农田生态系统中小麦根际土壤微生物空间分布模式及其群落构建过程，解析了根际土壤微生物之间的相互关系及网络结构，发掘了小麦根际核心菌群及其与根际微环境的耦合机制。主要研究分为以下三个主体部分:　　1.研究了华北平原麦田根际土壤中细菌多样性和群落组成，发现细菌多样性随着距离植物根系越近呈现出逐渐降低的趋势，且细菌群落组成在根际与非根际土壤中差异显著。根际与非根际土壤中细菌群落网络结构差异显著，根际细菌网络虽然简单但更加高效。土壤pH与细菌群落组成及其多样性显著相关，是影响细菌群落分布的主要环境因素;而与非根际土壤相比，pH对根际土壤细菌群落空间分布的驱动作用相对减弱。在根际土壤中，地理距离对细菌群落空间分布的驱动作用大于环境因子的作用，而在非根际土壤中，环境因素对细菌群落空间分布的驱动作用大于地理距离的作用，且细菌群落构建过程都是由确定性过程主导的。本研究为探索华北平原麦田根际细菌群落分布模式及其驱动机制提供了重要的理论依据。　　2.研究了麦田根际土壤中古菌、细菌、真菌微生物群落组成、网络结构、关键物种及其驱动机制。根际与非根际土壤细菌、真菌群落组成和结构差异显著;而古菌群落结构在根际与非根际土壤中分异不显著。根际与非根际土壤中，确定性过程主导了细菌、真菌群落构建过程，而古菌群落构建过程主要由随机性过程所主导。细菌、真菌网络连接度的分布主要遵循幂率函数分布，而古菌网络连接度的分布遵循二项式函数分布模式。根际土壤微生物网络具有较少的连接和较低的网络密度，但是与非根际土壤微生物网络相比其拓扑结构更加稳健，表明根际微生物网络呈现出相对稳定的状态。我们将网络中心节点、模块中心节点、网络重要连接点所对应的微生物菌群定义为关键核心微生物，根际土壤中的关键核心微生物与环境因子的相关性减弱，且受环境因子的扰动较小。本研究对于揭示根际微生物种间互作关系及其群落构建过程具有重要作用。　　3.研究了华北平原麦田根际土壤固氮菌种间互作关系、群落构建过程及其驱动机制。根际土壤中固氮菌群落结构与非根际土壤差异显著，且固氮菌网络结构在根际土壤中相对简单却更加稳定。利用betaNTI参数对确定性过程与随机性过程对固氮菌群落构建过程进行量化，发现确定性过程主导了固氮菌的群落构建，而确定性过程的重要性随着离根的距离越近呈现出逐渐降低的趋势。土壤pH与固氮菌群落结构和多样性显著相关，且在中性pH(6.5-7.5)梯度下，固氮菌群落结构表现出更高的连接性和稳定性。中性pH(6.5-7.5)梯度下，固氮菌群落构建过程由随机性过程所主导，而在酸性pH(4.5-6.5)或碱性pH(7.5-8.5)梯度下，固氮菌群落构建过程主要由确定性过程占主导。本研究从机制上解析了根际与非根际土壤中pH对固氮菌网络结构及群落构建过程的驱动机制，为挖掘和重建稳定的固氮菌群落提供科学参考。