Se espera que la pérdida de diversidad en las plantas impacte la biodiversidad y el funcionamiento de los ecosistemas (BEF) en los ecosistemas terrestres. Los microbios del suelo desempeñan roles esenciales en la regulación de las funciones del ecosistema. Sin embargo, los roles importantes y las diferencias en la diversidad bacteriana y fúngica, así como en los taxones microbianos raros que impulsan la multifuncionalidad del suelo en función de la diversidad de plantas, siguen siendo poco comprendidos en los ecosistemas de pastizales. Aquí, llevamos a cabo un experimento en seis sitios de estudio con diferentes niveles de diversidad de plantas para evaluar las relaciones entre la diversidad bacteriana y fúngica del suelo, los taxones raros y la multifuncionalidad del suelo en un pastizal semiárido. Utilizamos la secuenciación Illumina HiSeq para determinar la diversidad bacteriana y fúngica del suelo y evaluamos las funciones del suelo asociadas con el ciclo de nutrientes. Encontramos que los ensamblajes de plantas de alta diversidad tenían una mayor proporción de biomasa subterránea en comparación con la biomasa aérea, una mayor multifuncionalidad del suelo y una menor limitación de carbono microbiano que aquellos con baja diversidad. Además, la riqueza fúngica se asoció negativamente y de manera significativa con las limitaciones de carbono microbiano. La riqueza fúngica se relacionó positivamente con la multifuncionalidad del suelo, pero la riqueza bacteriana no. También encontramos que la abundancia relativa de saprófitos estaba correlacionada positivamente con la multifuncionalidad del suelo, y la abundancia relativa de patógenos estaba correlacionada negativamente con la multifuncionalidad del suelo. Además, los taxones fúngicos raros desempeñaron un papel desproporcionado en la regulación de la multifuncionalidad del suelo. El modelado de ecuaciones estructurales mostró que el cambio en los patrones de asignación de biomasa de las plantas aumentó la biomasa subterránea de las plantas en las parcelas de plantas altamente diversas, lo que puede aliviar las limitaciones de carbono microbiano en el suelo y aumentar la riqueza fúngica, promoviendo así la multifuncionalidad del suelo. En general, estos hallazgos amplían nuestra comprensión integral del papel crítico de la diversidad fúngica del suelo y los taxones raros en la regulación de la multifuncionalidad del suelo bajo escenarios de pérdida de diversidad de plantas a nivel global.