王英成，姚世庭，金鑫，俞文政，蘆光新*，王軍邦

1.青海大學(xué)，青海 西寧 810016；2.南京信息工程大學(xué)，江蘇 南京；3.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)觀測與模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/生態(tài)系統(tǒng)大數(shù)據(jù)與模擬中心，北京 100101

土壤微生物種類繁多，主要包括細(xì)菌、真菌、古菌、原生動(dòng)物以及病毒等（Torsvik et al.，2001）土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成成分，在土壤養(yǎng)分循壞、土壤肥力維持和土壤固氮等方面都發(fā)揮著重要作用，而且對(duì)于環(huán)境變化十分敏感（Martiny et al.，2011；劉洋熒等，2017；王朱珺等，2018）。在草地生態(tài)系統(tǒng)中，土壤微生物物種之間彼此相互依賴、相互制約，同時(shí)又和各類環(huán)境因子相互作用、往復(fù)調(diào)控（趙輕舟等，2018）。土壤微生物群落受到各種環(huán)境因子的影響，包括植被群落、土壤特征、氣候因子等（Gu et al.，2019），在草地生態(tài)系統(tǒng)中，草地類型（Wang et al.，2020）、草地退化（Che et al.，2019）等都會(huì)顯著改變草地土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)。

三江源區(qū)地處青藏高原腹部，其獨(dú)特的自然條件造就了該區(qū)域獨(dú)特的草地生態(tài)系統(tǒng)，高寒草甸作為該區(qū)域的主體植被類型，近年來，由于全球性的氣候變化、過度放牧等人為干預(yù)導(dǎo)致草地生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重退化（Li et al.，2019；楊建平等，2004）。草地退化不僅引起地表植被群落發(fā)生顯著的變化，同時(shí)也會(huì)顯著影響土壤及地下微生物群落結(jié)構(gòu)的改變。土壤是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)生物生態(tài)系統(tǒng)，它決定了陸地生態(tài)系統(tǒng)的植物生產(chǎn)力，并維持著生物地球化學(xué)循環(huán)（Wang et al.，2016；賀紀(jì)正，2013）。微生物對(duì)于土壤功能特別重要，尤其是在有機(jī)質(zhì)分解和養(yǎng)分循環(huán)中（張衛(wèi)信等，2020）。其中，土壤原核生物是土壤中數(shù)量最多、分布最為廣泛的微生物類群，在土壤生態(tài)過程中發(fā)揮著重要的作用。原核生物作為指示環(huán)境變化的敏感指標(biāo)，對(duì)于預(yù)測土壤養(yǎng)分和環(huán)境質(zhì)量的變化具有重要作用。之前有研究發(fā)現(xiàn)，退化土壤中的一些原核生物對(duì)于植物生長有害，因?yàn)椴莸赝嘶淖兞怂鼈兊拇x（Olff et al.，2000）。因此，高寒草地土壤養(yǎng)分狀況和植物多樣性的變化可能導(dǎo)致微生物群落結(jié)構(gòu)的變化，進(jìn)一步導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的退化。

近年來，分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展和新一代高通量測序等技術(shù)的突破克服了傳統(tǒng)給微生物研究的局限性，極大的推動(dòng)了微生物生態(tài)的發(fā)展（薛凱等，2019），越來越多的研究通過微生物這一微觀生物來揭示生態(tài)系統(tǒng)中的各種變化。Hou et al.（2019）通過高通量測序技術(shù)評(píng)估不同生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)方法對(duì)細(xì)菌群落多樣性的影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)植被恢復(fù)后細(xì)菌群落多樣性顯著得到改善，且認(rèn)為介導(dǎo)細(xì)菌群落多樣性的主要取決于恢復(fù)退化草地的植被類型。Zhou et al.（2019）利用高通量測序技術(shù)對(duì)未退化、輕度退化、中度退化、重度退化和極度退化5個(gè)退化階段土壤微生物群落的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在不同退化階段土壤微生物的群落組成并沒有很顯著的差異，但是土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)差異顯著，認(rèn)為高寒草地退化對(duì)于土壤微生物的影響主要是通過介導(dǎo)土壤微生物群落的結(jié)構(gòu)進(jìn)而影響其功能。目前，很多關(guān)于退化草地的研究大多集中在微生物生物量、可培養(yǎng)微生物以及基因文庫的構(gòu)建等（楊希智等，2015；李海云等，2019），這些傳統(tǒng)的方法對(duì)于我們解析地下微生物群落對(duì)草地退化的響應(yīng)仍有所欠缺。因此，本研究采用巢式取樣法涵蓋足夠多的樣本量，并利用高通量測序技術(shù)手段全面的解析地下微生物群落多樣性，能夠很好地將我們所檢測的微生物用來評(píng)估退化草地微生物群落變化。以此來探究在高寒草地退化過程中土壤原核生物的群落組成、多樣性和結(jié)構(gòu)變化，以期闡明并揭示在草地退化過程種土壤原核生物的變化規(guī)律，為我們進(jìn)一步草地健康評(píng)價(jià)和退化草地恢復(fù)提供新的思考角度。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于青海省玉樹州稱多縣珍秦鄉(xiāng)，地理位置 33°21′35.04″N，97°20′37.38″E，平均海拔 4500 m，屬寒溫大陸性季風(fēng)氣候，冷季長，暖季短，年均溫?6 ℃，無霜期較短，93—126 d左右。草地植被主要以高寒草甸為主，原生植被的主要優(yōu)勢種有高山嵩草（Kobresiapygmaea），矮嵩草（Kobresia humilis），紫花針茅（Stipapurpurea）等，土壤為高寒草甸土。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地設(shè)置與取樣方法

本研究依據(jù)裸露地塊地貌、草地植被群落特征以及草地的利用方式、強(qiáng)度選取兩塊典型的高寒草甸，即未退化草甸與退化草甸，采用巢氏取樣法進(jìn)行土壤樣品的采集，即小樣方嵌套在大樣方內(nèi)（圖1）。本研究中，以中心取樣區(qū)域（紅點(diǎn)，面積為 8 m2）作為參考點(diǎn)，12塊1 m2的采樣區(qū)域以垂直交叉方式分別設(shè)置在距采樣中心區(qū)域10、100、1000 m處（圖1）。其中，中心采樣區(qū)域包含17個(gè)土芯，每1 m2區(qū)域包含5個(gè)土芯?？偣搏@得154個(gè)樣本（2個(gè)采樣區(qū)域×77個(gè)采樣點(diǎn)）。于2019年8月12—13日，采用樣方法隨機(jī)用土鉆鉆取表層土壤（0—15 cm）二鉆，剔除可見植物殘?bào)w及土壤動(dòng)物，封裝于帶有樣品編號(hào)的樣品袋中，一部分保存于實(shí)驗(yàn)室4 ℃冰箱用于理化性質(zhì)參數(shù)測定，一部分保存于?80 ℃冰箱用于DNA提取。

圖1 采樣設(shè)計(jì)圖Figure 1 Sampling plan

1.2.2 土壤理化參數(shù)指標(biāo)測定

土壤部分主要是測定土壤全氮、土壤硝態(tài)氮、土壤銨態(tài)氮、土壤有機(jī)質(zhì)、土壤pH值，土壤水分、土壤電導(dǎo)率。土壤pH用顯酸度計(jì)（PHS-3C）測得，水土比2.5?1。土壤全氮含量、有機(jī)質(zhì)含量、銨態(tài)氮含量、硝態(tài)氮含量測定方法與姚世庭等（2021）方法一致。土壤水分、土壤電導(dǎo)率利用TDR 350儀器測定，重復(fù)3次，記錄數(shù)據(jù)。

1.2.3 土壤微生物測定

將采集的土壤樣品過 40目篩子預(yù)處理后，利用Mobio試劑盒（MOBIO Laboratories，Carlsbad，CA，美國）根據(jù)說明書從0.25 g土壤中提取總DNA（黨寧，2020），采用通用引物515F和806R擴(kuò)增土壤中的16S rRNA基因的V3—V4區(qū)，基于Illumina Miseq測序平臺(tái)進(jìn)行高通量測序。測序委托深圳美格基因公司進(jìn)行測序。

1.3 數(shù)據(jù)分析

所有測序的原始數(shù)據(jù)均于中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心宏基因課題組構(gòu)建的 Galaxy分析平臺(tái)（http://mem.rcees.ac.cn:8080/）進(jìn)行相關(guān)的分析（Feng et al.，2017；Zhang et al.，2017）。將所獲得序列Reads根據(jù)標(biāo)簽被分配到不同的樣品中并允許一個(gè)錯(cuò)配的發(fā)生，然后去掉標(biāo)簽和引物序列，使用FLASH步驟合并相同序列的正向和反向 reads（Magoc et al.，2011），使用Btrim對(duì)reads進(jìn)行過濾（Kong，2011），保持平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于20，16S最小長度為140 bp。任何帶有簡并堿基的序列都被刪除，只保留16S長度在245—260 bp之間的reads，使用 Greengenes參考數(shù)據(jù)集作為嵌合體檢測的參考，使用UPARSE（Edgar，2011）將序列聚類為可操作的分類單元（OTU），序列相似度閾值為97%。為了糾正樣本誤差，將所有的樣本隨機(jī)重抽到33159相同的reads數(shù)，重抽得到的OTU表進(jìn)行后續(xù)的生物統(tǒng)計(jì)分析。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用ANOVA方差分析對(duì)土壤理化參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)行檢驗(yàn)，在P<0.05差異水平上檢測是否有顯著性差異。利用weighted UniFrac矩陣用于PCoA方法對(duì)兩個(gè)采樣地的土壤微生物群落的進(jìn)化多樣性的差異進(jìn)行研究分析，利用 Bray-curtis矩陣用于NMDS非度量多維尺度分析來可視化群落組成的差異，利用基于Bray-curtis和Jaccard距離矩陣用于Dissimilarity test檢驗(yàn)不同群落之間組成的差異。使用Mantel和Partial mantel test以及典范對(duì)應(yīng)分析CCA來確定植被因子和土壤理化參數(shù)對(duì)于微生物群落差異的相對(duì)貢獻(xiàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 高寒退化草甸植被群落結(jié)構(gòu)差異分析

草地退化是一個(gè)復(fù)雜而長期的過程，草地退化最明顯的標(biāo)志是植被群落結(jié)構(gòu)的變化，包括植被生產(chǎn)力、群落組成結(jié)構(gòu)等。本研究對(duì)高寒退化草甸與未退化草甸植被群落結(jié)構(gòu)的分析（表1），結(jié)果發(fā)現(xiàn)未退化草甸的植被蓋度為87%，退化草甸的植被蓋度為72%。草地退化顯著降低植被物種數(shù)和地上生物量，退化草甸相比未退化草甸物種數(shù)減少了14.87%，地上生物量減少了19.47%。

結(jié)果顯示（表1），在試驗(yàn)樣地共有草本植物15科 23屬 27種，其中種類最多的是菊科（Compositae），其次依次為莎草科（Cyperaceae）、薔薇科（Rosaceae）、龍膽科（Gentianaceae）、石竹科（Caryophyllaceae）、唇形科（Lamiaceae）、玄參科（Scrophulariaceae）、豆科（Leguminosae）、禾本科（Gramineae）等。未退化草甸植被以高山嵩草（Kobresiapygmaea）為主要優(yōu)勢種，優(yōu)勢度為47.58%，次優(yōu)勢種為紫花針茅（Stipapurpurea）、重冠紫菀（Asterdiplostephioides）、矮生忍冬（Laniceraminuta），優(yōu)勢度分別為21.35%、14.17%、10.40%。退化草甸的主要優(yōu)勢種也是高山嵩草，優(yōu)勢度為41.97%。次優(yōu)勢種為紫花針茅、矮生忍冬、重冠紫菀、細(xì)葉亞菊（Ajaniatenuifolia）、高山唐松草（Thalictrumalpinum）、雪靈芝（ArenariakansuensisMaxim.）、苔草（Carexspp.）、麻花艽（Gentiana straminea），優(yōu)勢度分別為19.47%、16.34%、16.19%、16.69%、12.16%、11.72%、11.35%、10.23%。

表1 高寒退化草甸植被群落組成（重要值）及其植被特征比較分析Table 1 Comparative analysis of vegetation community composition (significance value) and vegetation characteristics in alpine degraded meadow

2.2 高寒退化草甸土壤理化參數(shù)的差異分析

未退化高寒草甸與退化高寒草甸的土壤理化存在顯著的差異（表2）。從表2看到退化草甸的土壤全氮（TN）、有機(jī)質(zhì)（OM）、土壤電導(dǎo)率（EC）顯著低于未退化草甸，分別低 16.00%、35.38%、46.50%。土壤pH值則是顯著高于未退化草甸，而土壤銨態(tài)氮（NH4+-N）、硝態(tài)氮（NO3?-N）、土壤水分（SM）并沒有顯著的差異。這些結(jié)果說明草地退化會(huì)對(duì)土壤理化性質(zhì)產(chǎn)生顯著的影響，且主要體現(xiàn)在土壤pH值和土壤有機(jī)質(zhì)方面。

表2 高寒退化草甸土壤理化差異比較Table 2 The measured vegetation factors and edaphic parameters of undegraded and degraded alpine meadow

2.3 高寒退化草甸土壤細(xì)菌多樣性分析

在三江源珍秦鄉(xiāng)的未退化樣地和退化樣地的154個(gè)樣本中，檢測到土壤細(xì)菌2168457條序列，在97%的相似性水平下，154個(gè)樣本得到71798種原核生物OTU（圖2a）。通過韋恩圖分析（圖2b），發(fā)現(xiàn)土壤原核生物在未退化樣地和退化樣地共有3776個(gè)OTU，占總OUT的38.8%，退化樣地獨(dú)有的OTU有3658個(gè)，占總OUT的37.6%，未退化樣地獨(dú)有的OTU有2287個(gè)，占總OTU的23.5%。

圖2 高寒退化草甸土壤樣品微生物OTU稀釋性曲線和韋恩圖Figure 2 Soil samples OTU dilution curve and Venn of alpine meadow degraded

對(duì)土壤細(xì)菌的α多樣性進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)三江源區(qū)高寒退化草甸土壤細(xì)菌在兩塊樣地之間存在顯著差異（圖3）。土壤細(xì)菌的物種豐富度指數(shù)（Observed Richness）、多樣性指數(shù)（Shannon Index）、chao1指數(shù)都是未退化草甸顯著高于退化草甸。

圖3 高寒退化草甸土壤細(xì)菌α多樣性分析Figure 3 α-diversity of soil bacterial of alpine meadow degraded

為了進(jìn)一步探究土壤理化與土壤細(xì)菌多樣性之間的相互關(guān)系，對(duì)細(xì)菌多樣性與土壤理化性質(zhì)進(jìn)行了Pearson相關(guān)性分析（表3）。Pearson相關(guān)性分析表明土壤細(xì)菌α多樣性與土壤理化之間的相關(guān)性相對(duì)較弱，在未退化草甸只有Simpson指數(shù)與銨態(tài)氮含量存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，而在退化草甸也僅只是Observed Richness與土壤電導(dǎo)率之間存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，這一結(jié)果說明草地退化導(dǎo)致的土壤理化的改變對(duì)于土壤細(xì)菌群落的多樣性無顯著影響。

表3 高寒退化草甸土壤細(xì)菌α多樣性與土壤理化相關(guān)性分析Table 3 The α-diversity of bacterial community correction with soil chemical in degradation meadow

2.4 高寒退化草甸土壤細(xì)菌群落組成

為了研究三江源區(qū)退化高寒草甸土壤細(xì)菌群落組成成分，使用 Greengene基因庫對(duì)土壤細(xì)菌OTU進(jìn)行注釋，分別在門水平和屬水平對(duì)土壤細(xì)菌組成成分進(jìn)行比較（圖4）。在門水平上（圖4a），退化高寒草甸土壤細(xì)菌群落中變形菌門（Proteobacteria）、放線菌門（Actinobacteria）、酸桿菌門（Acidobacteria）、擬桿菌門（Bacteroidetes）、疣微菌門（Verrucomicrobia）、奇古菌門（Thaumarchaeota）為主要優(yōu)勢菌門，其相對(duì)豐度超過 1%。在不同樣地土壤中相對(duì)豐度最高的細(xì)菌菌門存在差異，如Actinobacteria和Bacteroidetes在退化草甸樣地中的相對(duì)豐度高于未退化草甸樣地，平均相對(duì)豐度分別為 25.02%，7.79%；而Verrucomicrobia在未退化草甸樣地的相對(duì)豐度高于退化草甸樣地，平均相對(duì)豐度為7.54%。土壤細(xì)菌屬的研究表明（圖 4b），在不同草甸樣地土壤中可鑒定細(xì)菌屬的總相對(duì)豐度比較均勻，平均相對(duì)豐度在39.72%。Spartobacteriageneraincertaesedis屬在退化草甸和未退化草甸中相對(duì)豐度最高，分別為4.19%、6.42%。Nitrososphaera屬在退化草甸中的相對(duì)豐度高于未退化草甸，為4.35%；Gaiella屬在未退化草甸中的相對(duì)豐度高于退化草甸，為3.74%；其中，其他優(yōu)勢屬Pseudonocardia、WPS-1genera incertaesedis、Gemmatimonas、Terrimonas在退化草甸和未退化草甸中相對(duì)豐度比較均勻，在1.11%—1.80%之間；Sphingomonas、Nocardioides、Arthrobacter屬在退化草甸中相對(duì)豐度高于未退化草甸，分別為1.29%、1.04%、1.17%。

圖4 高寒退化草甸土壤細(xì)菌群落組成Figure 4 Composition of soil bacterial community in alpine meadow degraded

2.5 高寒退化草甸土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)

采用基于weighted UniFrac的PCoA方法對(duì)兩個(gè)采樣地的土壤細(xì)菌群落的進(jìn)化多樣性的差異進(jìn)行研究分析；基于Bray-curtis距離矩陣的NMDS分析兩個(gè)采樣地的土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的差異，同時(shí)結(jié)合Bray Curtis距離和Jaccard距離的樣本組間差異顯著性檢驗(yàn)（Dissimilarity）進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證（表4）。對(duì)兩塊樣地土壤細(xì)菌PCoA的分析發(fā)現(xiàn)（圖5a），主成分軸PC1可以解釋24.26%的差異，PC2軸可以解釋15.55%的群落差異，通過圖5a看到，土壤細(xì)菌群落在兩塊樣地的所有樣本中能夠明顯區(qū)分，表明兩塊樣地的土壤細(xì)菌群落存在明顯的差異。

表4 高寒退化草甸土壤細(xì)菌群落的不相似性檢驗(yàn)Table 4 Dissimilarity test of soil bacterial community in alpine meadow degraded

為了進(jìn)一步研究高寒退化草甸土壤細(xì)菌群落 β多樣性，基于Bary Curtis距離，利用NMDS方法對(duì)未退化高寒草甸和退化高寒草甸的土壤細(xì)菌群落β多樣性進(jìn)行分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同樣地之間的土壤細(xì)菌存在顯著的差異。基于Bray Curtis距離的土壤細(xì)菌群落NMDS圖（圖5b）可知，未退化高寒草甸與退化高寒草甸都可以明顯區(qū)分，且未退化高寒草甸細(xì)菌群落內(nèi)部更加聚集，而退化高寒草甸細(xì)菌群落內(nèi)部比較松散，這些結(jié)果表明，高寒草甸退化會(huì)對(duì)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著的影響。Dissimilarity分析（表4）進(jìn)一步表明土壤細(xì)菌群落在未退化樣地和退化樣地之間存在顯著的差異。這一結(jié)果說明高寒草甸退化會(huì)改變土壤細(xì)菌群落的 β多樣性。

2.6 土壤細(xì)菌群落與環(huán)境因子間的相互作用

土壤是土壤微生物的基質(zhì)，土壤的理化性質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)對(duì)于土壤中微生物的群落變化具有重要的作用，為了研究高寒退化草甸土壤細(xì)菌群落與土壤理化性質(zhì)之間的相關(guān)關(guān)系，采用典范對(duì)應(yīng)分析CCA方法對(duì)兩塊樣地的土壤細(xì)菌群落與土壤理化性質(zhì)進(jìn)行相關(guān)關(guān)系分析（圖 5c）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)對(duì)于未退化高寒草甸樣地和退化高寒草甸樣地，土壤細(xì)菌群落與土壤總氮含量、硝態(tài)氮含量（有機(jī)質(zhì)含量、pH值、電導(dǎo)率存在相關(guān)關(guān)系。Partial Mantel test檢驗(yàn)結(jié)果（表5）進(jìn)一步表明，對(duì)細(xì)菌群落影響最強(qiáng)的環(huán)境因子主要是土壤pH值、土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤總氮含量。

圖5 高寒退化草甸土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和環(huán)境因子相關(guān)性Figure 5 Correlation between soil bacterial community structure and environmental factors in alpine degraded meadow

表5 土壤細(xì)菌群落差異與土壤理化的Partial Mantel檢驗(yàn)Table 5 The correlation between the dissimilarity of soil bacterial communities and soil chemical using Partial Mantel test

3 討論

3.1 高寒草甸退化對(duì)植被和土壤影響

草地土壤微生物在維持草地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定中發(fā)揮著重要的作用，草地退化最直觀的表現(xiàn)是影響地上植被群落，植被蓋度和物種豐度的下降等，而土壤退化是草地退化的本質(zhì)核心，土壤結(jié)構(gòu)和營養(yǎng)組成的變化對(duì)于地下生物和地上的生物都會(huì)產(chǎn)生影響。本研究結(jié)果表明，草地退化顯著降低了植被蓋度、物種數(shù)和生物量，這與之前的研究一致（劉玉等，2013；陳樂樂等，2016），認(rèn)為草地退化必然的后果是植被群落的改變，這可能與草地的放牧壓力過大有關(guān)，由于家畜對(duì)優(yōu)良牧草的采食，致使草地植被群落改變（李雪萍等，2020），同時(shí)鼠蟲害也會(huì)影響植被群落的改變。同時(shí)，草地退化也會(huì)對(duì)土壤理化性質(zhì)產(chǎn)生顯著的影響，使得土壤更加貧瘠和向堿性化過渡（王英成等，2021）。

3.2 高寒草甸退化對(duì)土壤細(xì)菌群落多樣性和物種組成影響

在草地退化過程中，全球環(huán)境的變化、放牧和土地利用方式的改變都會(huì)對(duì)土壤造成一定的影響進(jìn)而影響到地下微生物的群落，在不同程度的退化草地，地下微生物的分布和群落也存在顯著的不同（姚拓等，2006）。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高寒草甸退化顯著改變了土壤細(xì)菌群落的α多樣性（圖3）和β多樣性（圖5）以及群落組成（圖4），這一結(jié)果與其他研究者對(duì)于青藏高原高寒退化草甸土壤微生物群落的研究相一致（Li et al.，2016；Zhou et al.，2019）。草地退化后，土壤細(xì)菌群落物種豐富度和多樣性顯著下降（圖2），這可能是因?yàn)椴莸厣鷳B(tài)系統(tǒng)的逆向演替在一定程度上抑制了土壤細(xì)菌群落的生長和繁殖，進(jìn)而導(dǎo)致土壤細(xì)菌群落多樣性的減少。王啟蘭等（2007）研究認(rèn)為高寒草地因其在低溫條件下土壤凍結(jié)期長、通透性差等會(huì)對(duì)地下微生物群落活動(dòng)產(chǎn)生較強(qiáng)的抑制作用，進(jìn)而不利于土壤微生物的生長繁殖。另外，本研究發(fā)現(xiàn)隨著高寒草甸的退化，土壤細(xì)菌在門水平和屬水平上的群落組成會(huì)發(fā)生顯著改變，其中，相對(duì)豐度較高的細(xì)菌群落菌門主要是變形菌門、放線菌門、酸桿菌門、擬桿菌門、疣微菌門、奇古菌門，這與多數(shù)對(duì)于高寒草地土壤微生物群落組成所得的研究結(jié)果基本一致（李海云等，2019）。有研究表明微生物的群落組成與微生物介導(dǎo)的生態(tài)功能有關(guān)（Bier et al.，2015；Che et al.，2015），根據(jù)本研究結(jié)果，推測高寒草甸的退化可能改變了微生物介導(dǎo)的生態(tài)功能，這一改變主要是通過改變微生物的群落組成實(shí)現(xiàn)而不是改變微生物的物種豐度。

3.3 高寒草甸退化土壤細(xì)菌群落與環(huán)境因子間的相互關(guān)系

土壤微生物群落的變化主要是因?yàn)橥寥拉h(huán)境變量和其他活動(dòng)的影響所造成的（Guo et al.，2018；Fan et al.，2020）。有研究表明，在草地生態(tài)系統(tǒng)中肥沃土壤的細(xì)菌含量是高于貧瘠土壤的，而這一變化主要是通過土壤中氮元素的調(diào)控所實(shí)現(xiàn)的（Bardgett et al，1997），草地退化引起的植被物種和生物量的減少，在一定程度上減少了凋落物和根源碳氮輸入到土壤中，進(jìn)而影響土壤微生物基質(zhì)的有效性（Wu et al.，2014），因此，認(rèn)為草地退化引起的植被物種組成和生物量的減少會(huì)對(duì)微生物群落產(chǎn)生影響。另一方面，草地退化使得高寒草甸的優(yōu)勢物種莎草科植被減少，這可能也是造成微生物變化的一個(gè)原因，已有文章報(bào)道植被物種對(duì)于微生物有選擇性效應(yīng)（Haney et al.，2015）。Guo et al.（2015）研究發(fā)現(xiàn)在高寒草地土壤微生物群落結(jié)構(gòu)主要是受控于溫度、土壤養(yǎng)分、水分和植被類型，Han et al.（2018）研究發(fā)現(xiàn)植被類型也是一個(gè)影響微生物群落結(jié)構(gòu)變化的重要影響因子。但在高寒草地系統(tǒng)中，土壤原核生物與植被多樣性之間的相關(guān)性較弱，而與土壤異質(zhì)性存在較強(qiáng)的相關(guān)性，草地退化導(dǎo)致土壤性質(zhì)的變化，進(jìn)而顯著影響土壤細(xì)菌群落，不同的微生物在生物地球化學(xué)循環(huán)中表現(xiàn)出不同的生態(tài)功能，而微生物群落結(jié)構(gòu)可以顯著影響生態(tài)過程（Allison et al.，2013）。本研究結(jié)果表明隨著草甸的退化，土壤pH值會(huì)發(fā)生明顯變化，且驅(qū)動(dòng)退化高寒草甸土壤細(xì)菌群落的主要環(huán)境因子是土壤pH值（圖5c）。這與其他研究結(jié)果一致，在多種土壤生態(tài)系統(tǒng)中pH值通常與細(xì)菌群落有顯著的相關(guān)性，當(dāng)土壤pH值偏離中性時(shí)，地下微生物群落便會(huì)受到環(huán)境脅迫壓力，微生物多樣性也因環(huán)境脅迫的選擇而降低（Wang et al.，2017）。高寒草地退化過程中植被和土壤質(zhì)地都會(huì)產(chǎn)生明顯的變化，這種變化在一定程度會(huì)對(duì)地下土壤細(xì)菌群落產(chǎn)生一定的影響。綜上可知，高寒草地退化不但引起地上植被群落和土壤質(zhì)地的變化，也會(huì)顯著影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，因此探究高寒草地退化過程中土壤微生物群落活動(dòng)變化機(jī)制對(duì)于草地恢復(fù)具有重要意義。

4 結(jié)論

草甸退化對(duì)地上植被群落結(jié)構(gòu)、土壤理化性質(zhì)和土壤細(xì)菌群落多樣性和結(jié)構(gòu)都產(chǎn)生了顯著的影響。其中，草地退化降低了土壤全氮、有機(jī)質(zhì)和電導(dǎo)率含量，增加了土壤pH值。另外，草地退化顯著降低了土壤細(xì)菌群落的α多樣性，并改變了細(xì)菌群落物種組成和群落結(jié)構(gòu)。土壤異質(zhì)性對(duì)土壤細(xì)菌群落有一定的影響，驅(qū)動(dòng)土壤細(xì)菌群落變化的主要環(huán)境因子是土壤pH值、有機(jī)質(zhì)含量和總氮含量。