復合型治沙措施對土壤細菌群落結構及功能的影響

王安林，馬瑞，馬彥軍，劉騰，田永勝，董正虎，柴巧弟

（甘肅農業大學林學院，甘肅 蘭州 730070）

全球氣候變暖和人類不合理的活動加劇了土地荒漠化進程[1-3］，致使荒漠化防治成為近半個世紀以來亟待解決的重要生態環境問題[4］。作為荒漠化主要形式之一的沙漠化更是顯著影響我國西北干旱半干旱地區經濟社會可持續健康穩定發展的關鍵因素[5-7］。得益于幾十年來專家學者對沙漠化防治技術的研究積累，“機械沙障+人工植被固沙”等治沙措施遵循改變近地層氣流結構，減弱風蝕，穩固植物群落，提高土壤養分等基本一致的生態學原理[8-10］，在西北沙漠化土地修復方面效果顯著[11］。水、土、氣、生和沙5個荒漠生態系統主要組成要素的恢復過程是沙漠化防治的關鍵所在，至今為止專家學者對此進行了充分研究。馬瑞等[12］、Liu 等[13］和Alamusa 等[14］研究發現，固沙措施不僅增加了植被覆蓋和地上生物量，而且顯著提高了表層土壤含水量，同時減少了土壤水分的深層滲透和側向遷移。亦有研究發現機械沙障及人工植被固沙等措施可顯著改良土壤理化性質等生境質量，具體表現為土壤質量指數提高、土壤有機碳儲量、氮和磷等養分含量顯著增加[15-17］。此外郭秋菊等[18］、Chang 等[19］和Sun 等[20］研究發現復合型固沙模式對風速、氣溫和空氣相對濕度等氣候因子也產生了積極效應。

土壤不僅是結構復雜的非均質生態系統，而且還是維系陸地生態系統功能和服務的重要載體[21］。土壤微生物更是在主導生物地球化學循環，土壤生態系統結構和功能穩定方面扮演重要角色[22-23］。一方面表現為土壤微生物活動加速凋落物和腐殖質分解[24］，調控土壤肥力轉化利用和植物養分吸收[25］，促進植物—微生物體系共生固氮等[26］；另一方面土壤微生物群落結構及功能對環境因子改變的響應極為敏感，包含豐富的區域土壤環境變化信息[27］。尤其以細菌為主的土壤微生物群落更是數量大、種類多、結構復雜、適應極端生境能力強，已被廣泛作為評價土壤生態系統生境質量的重要指示物種[28-29］。隨著16S rRNA 高通量測序和PICRUSt2 宏基因組功能預測技術的興起，為解釋土壤微生物群落結構服務不同生態系統功能穩定提供了新途徑[30］。土壤微生物生態系統結構和功能及生態脆弱性對不同立地條件生境變化的響應已是國內外學者探究土壤微環境生態承載力的熱點研究問題。丁鈺珮等[30］和Cao 等[31］研究發現固沙植被樟子松（Pinus sylvestris）栽植不僅顯著改善了土壤細菌群落結構，而且使土壤細菌代謝功能更加活躍。An 等[32］通過研究荒漠綠洲過渡帶梭梭（Haloxylon ammodendron）46 年的生長過程，發現植被恢復后土壤細菌群落多樣性和豐富度顯著增加。Yu 等[33］研究發現科爾沁沙地小葉錦雞兒屬（Caragana）固沙植被恢復過程中土壤微生物和非生物生態之間存在顯著正向互饋作用。

荒漠生態系統土壤養分匱乏，生態環境脆弱，人工固沙植被的栽植與恢復過程導致土壤理化性質發生顯著變化，從而可能影響到土壤細菌群落分布特征，而這些土壤細菌群落結構的演替變化又將影響土壤細菌代謝活動和土壤養分轉化利用，最終導致地上植被和生物量的改變[24，34］。然而，以往的研究大多集中于單一固沙措施（植被固沙）對土壤細菌群落特征的影響，對于機械沙障+固沙植被復合型治沙措施對土壤細菌群落結構和代謝功能的影響研究甚少。鑒于此，本研究以民勤荒漠綠洲過渡帶流動沙丘梭梭林地土壤為對照，以尼龍網格沙障區梭梭林土壤和黏土沙障區梭梭林土壤為研究對象，探究復合型治沙措施區土壤細菌群落結構和功能及影響機制，對于深入理解復合型治沙措施的實施對荒漠土壤微環境穩態的改善以及豐富沙化土地生態功能修復提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區地處巴丹吉林沙漠東南緣和騰格里沙漠夾縫的民勤荒漠綠洲過渡地帶（38°45'01''-39°26'45'' N，103°16'10''-103°18'24'' E），海拔1298.13～1342.73 m。該地區光熱資源豐富，降水分布不均，年均降水量113.9 mm，蒸發量2613.5 mm，屬于典型的干旱荒漠氣候。年平均風速3.1 m·s-1，且主要以風沙土為主?，F有植被類型包括梭梭、沙拐棗（Calligonum mongolicum）、白刺（Nitraria tangutorum）和紅砂（Reaumuria soongarica）等[11］。

1.2 土壤采集與理化分析

于2022 年植被生長旺季（7 月12 日），在民勤西沙窩老虎口防沙治沙區進行野外調查和土樣采集，該區域治沙措施均大面積布設于2008 年。本研究以尼龍網格沙障區人工梭梭林（nylon net sand barrier+Haloxylon ammodendron， Nn）和黏土沙障區人工梭梭林表層土壤（clay sand barrier+Haloxylon ammodendron， Cy）為試驗組，以流動沙丘+人工梭梭林地表層土壤（active sand dune， Asd）為對照組（表1）。土壤樣品采集：在Nn、Cy 和Asd 這3個區域內分別隨機布設6個標準樣方（20 m×20 m），樣方間距均大于50 m，共計18個標準樣方，調查樣方內優勢種梭梭的數量特征，每個標準樣方內按照五點法均勻設置5個小樣方（1 m×1 m），并用無菌鏟分別采集5個小樣方0～20 cm 土樣混合均勻為一個土樣，共采集18 份土樣，每份土樣又分為2 份，一份裝入10 mL 無菌離心管于液氮中保存，用于土壤細菌測定，另一份風干過2 mm 篩用于土壤理化性質測定。土壤理化性質測定：采用電位法（水土比2.5∶1）測定土壤pH 值；采用重鉻酸鉀硫酸容量法測定土壤有機質（soil organic matter，SOM）[35］；采用凱氏定氮法測定土壤全氮（total nitrogen， TN）；采用酸消解-鉬銻抗比色法測定土壤全磷（total phosphorus， TP）；采用鹽酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定土壤速效磷（available phosphorus， AP）；采用乙酸銨浸提-火焰分光光度法測定土壤速效鉀（available potassium， AK），各指標測定方法詳見文獻[36］。

表1 采樣地基本信息Table 1 Basic information on sampling sites

1.3 16S rDNA 提取與測序

本研究采用Magabi 土壤基因組50 ng DNA 純化試劑盒（MagaBio Soil GenomicDNA Purification Kit）提取土壤樣品細菌總DNA，并利用Thermo NanoDrop One 檢測DNA 的純度和濃度[27］。PCR 擴增樣品細菌16S rRNA基因的V3～V4 可變區，通用引物為338F“5'-ACTCCTACGGGAGGCAGCA-3'”和806R“5′-GGACTACHVGG GTWTCTAAT-3′”。PCR 擴增反應體系見表2。

PCR 反應條件為：94 ℃預變性5 min，隨后94 ℃變性30 s，52 ℃退火30 s，72 ℃延伸30 s，循環30 次，最后72 ℃延伸10 min，并用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測每個樣本3 次重復混合后的PCR 產物的片段長度和濃度并保存[24］。使用Illumina Nova 6000 平臺標準流程進行建庫操作，并對構建的擴增子文庫進行PE250 高通量測序[27］。

1.4 數據處理與分析

利用Fastp 軟件分別對原始雙端的RawReads 數據進行滑窗質量剪裁，同時利用Cutadapt 軟件去除首尾兩端的引物，得到質控后的優質序列。在≥97%的相似水平下，用Usearch 軟件Uparse 算法對樣品優質序列進行操作分類單元（operational taxonomic units， OTU）聚類，并選取OTUs 中出現頻率最高的代表性序列集合用Green Genes 和RDP 16S rDNA 物種注釋數據庫注釋分析物種?；谫|控后的測序數據用R（V 4.2.1）軟件進行生物信息統計分析。采用QIIME（V 2020.11.0）軟件計算細菌Alpha 多樣性指數：Chao1 指數（土壤微生物群落豐富度）、Shannon 指數和Simpson 指數（土壤微生物群落多樣性）。采用主坐標分析（principal coordinate analysis，PCoA）和置換多元方差分析（adonis）法測定土壤細菌的Beta 多樣性，探究土壤細菌群落在自然尺度下的分布格局差異性。采用PICRUSt2 功能預測軟件（2.3.0-b）對比KEGG 數據庫信息獲得各個樣品的KEGG Orthology 相對豐度并進行功能預測。使用Canoco 5 軟件進行冗余分析（redundancy analysis， RDA）來探究影響土壤細菌群落結構及功能的關鍵理化驅動因素，并進行蒙特卡洛置換檢驗，檢驗重復數為499。運用R 語言“vegan”包Mantel檢驗分析土壤細菌群落結構差異與土壤代謝功能基因差異間的相關關系。采用SPSS 26.0 軟件對標準化后的土壤微生物數據與理化數據進行單因素方差分析（ANOVA），并用多重比較法（Duncan）檢驗顯著性差異，作圖均使用R 語言4.2.1“vegan”包和Origin 2022 Pro 繪制。

2 結果與分析

2.1 復合型治沙措施區梭梭林形態和土壤理化性質特征

雖然荒漠土壤養分含量較匱乏，但治沙措施的實施對土壤養分含量的增加整體具有顯著影響（P＜0.05，表3）。與Asd 相比，Nn 和Cy 治沙措施下土壤SOM、TN、AK 都呈顯著增加的趨勢（P＜0.05），土壤AP 含量雖增加但無顯著差異。研究區土壤呈堿性，pH 均大于8.22。植被調查發現，2 種措施下梭梭林高度（height， H）和蓋度（vegetation coverage， VG）也顯著高于Asd 組（P＜0.05），其中Nn 和Cy 措施區域梭梭林高度分別增加了23.68%和49.72%，蓋度分別提高了19.80%和30.82%。

表3 土壤因子和梭梭形態特征變化Table 3 Changes of soil factors and morphological characteristics of H. ammodendron

2.2 土壤細菌多樣性分析

經質控抽平后所有樣品聚類共獲得56473個OTU（圖1）。各樣品文庫測序覆蓋率均達99.02%以上，且通過對有效序列數和其代表的OTU 數進行隨機抽樣構建細菌稀釋曲線圖發現，18個樣品OTU 數隨著序列數比例的增加而趨于平緩，近乎平行于橫坐標軸，表明樣品OTU 覆蓋度接近飽和，測序結果基本覆蓋樣本所有微生物學信息，能代表研究區土壤細菌群落真實概況。Nn（3199）和Cy（3325）土壤平均OTU 數，較Asd（2872）分別增加了11.39%和15.77%。另外Nn 土壤豐富度指數（Chao1 指數）為3384.18，較Asd（3055.82）增加了10.75%（P＜0.05），土壤多樣性指數（Shannon 指數和Simpson 指數）分別為8.39 和0.02，均高于Asd，但無顯著差異。Cy 土壤Chao1 指數為3500.30，較Asd（3055.82）增加了14.55%（P＜0.05），且Shannon 指數和Simpson 指數分別8.76 和0.03，也均高于Asd。但Nn 和Cy 土壤Chao1 指數、Shannon 指數和Simpson 指數之間未表現出顯著差異。

圖1 土壤細菌Alpha 多樣性分析Fig.1 Analysis of Alpha diversity of soil bacterial

基于主坐標分析（PCoA）的土壤細菌Beta 多樣性顯示（圖2），PCoA1 和PCoA2 軸分別解釋了28.98%和16.77%的細菌群落結構組成特征，不同空間距離分布的3 組試驗區土壤細菌群落重合度較高，Adonis 檢驗表明細菌群落結構無顯著差異（R2=0.133，P=0.276），說明3 組試驗區土壤細菌群落組成結構大致相似。

圖2 土壤細菌Beta 多樣性分析Fig.2 Beta diversity analysis of soil bacteria

2.3 基于分類水平的土壤細菌群落結構分析

2.3.1 土壤細菌門水平群落結構 試驗區所有土樣16S rRNA 聚 類 注 釋 得 到 細 菌35 門、90 綱、172 目、259 科和436 屬。相對豐度大于1%的細菌門共有8個（圖3）。其中，放線菌門[（35.42±13.34）%］、變形菌門[（26.33±6.77）%］和綠彎菌門[（10.09±4.73）%］平均相對豐度累計達到71.84%，屬于研究區土壤優勢菌群，放線菌門相對豐度最高，占總相對豐度的32.16%～37.09%，但不同治沙措施下3 類優勢細菌門相對豐度并未表現出顯著差異。擬桿菌門、酸桿菌門、芽單胞菌門、藍藻菌門和厚壁菌門在任意3 組土樣中平均相對豐度占23.41%，是研究區土壤主要細菌門類。與Asd 相比，Nn 土壤變形菌門和綠彎菌門相對豐度分別增加了10.11%和45.69%，擬桿菌門和酸桿菌門相對豐度分別降低了29.17%和49.11%；Cy土壤放線菌門和綠彎菌門相對豐度分別降低了13.29%和17.15%。但Cy 土壤擬桿菌門和藍藻菌門相對豐度卻顯著高于Asd 和Nn（P＜0.05），其余細菌門相對豐度在3 組樣地之間表現出相似的特征。

圖3 土壤細菌門水平群落結構Fig.3 Soil bacterial phylum level community structure

2.3.2 土壤細菌屬水平群落結構 屬水平注釋中，除去unassigned[未定菌屬，（46.61±4.65）%］、uncultured[未培養菌屬，（9.08±0.46）%］和相對豐度小于1%的部分菌屬[（27.14±0.58）%］，共獲得7 類相對豐度大于1%的菌屬（圖4）。這些菌屬在Asd、Nn 和Cy 中分別占15.25%、13.30%和22.97%，表明Cy 治沙措施下，土壤中這7 類菌屬整體相對豐度顯著提高。另外Nn 和Cy 中，假單胞菌屬、紅桿菌屬和假節桿菌屬相對豐度顯著降低（P＜0.05）。常絲藻菌屬在Cy 樣地的相對豐度顯著高于其他2 組樣地，而糖霉菌屬則在Nn 中表現出較高的相對豐度（P＜0.05）。

圖4 土壤細菌屬水平群落結構Fig.4 Soil bacterial community structure at genus level

2.4 土壤細菌群落功能預測

在KEGG Orthology 數據庫中，將各樣品16S rRNA 標記基因特征序列利用PICRUSt2 進行功能基因預測和注釋。在一級功能預測水平共有4 種相對豐度＞1%的主要功能（表4），各功能相對豐度最高的為新陳代謝功能（81.83%），其次依次為遺傳信息處理（11.76%）、細胞過程（3.85%）和環境信息處理（2.02%）。除新陳代謝功能外，Nn 和Cy 其余3 種主要土壤細菌一級功能相對豐度略微高于Asd，但差異不顯著。

表4 土壤細菌群落一級功能通路的相對豐度Table 4 Relative abundance of primary functional pathways of soil bacterial community （%）

在分布于4個代謝途徑的細菌群落中，相對豐度大于1%的二級代謝功能包含17個（圖5）。其中碳水化合物代謝（13.46%～13.66%）、氨基酸代謝（13.22%～13.43%）、輔助因子和維生素的代謝（11.79%～12.28%）、萜類和聚酮類化合物的代謝（9.23%～9.58%）為土壤細菌主要二級代謝功能。Cy 中輔助因子和維生素的代謝（12.28%）及能量代謝（5.58%）相對豐度顯著高于Nn 和Asd（P＜0.05）。細胞運動性功能在Nn 中的相對豐度顯著高于Cy 和Asd（P＜0.05）。此外，其他類代謝功能相對豐度在3 組樣地土壤中特征相似。

圖5 土壤細菌二級功能相對豐度及差異Fig.5 Relative abundance and difference of secondary function of soil bacteria

2.5 土壤細菌群落結構及功能與環境因子的RDA 分析

RDA 分析是基于對應分析與多元回歸分析結合的一種線性排序模型，能直觀地反映影響樣品細菌群落結構和組成的重要環境驅動因素。以土壤細菌群落結構和代謝功能相對豐度為響應變量，標準化后的土壤理化因子數據為解釋變量，以期揭示本研究中土壤理化因子對土壤細菌群落結構和代謝功能相對豐度的影響。如表5 所示，土壤理化因子對細菌群落結構的解釋率分別為軸1（68.24%）和軸2（0.08%）；對土壤代謝功能的解釋率分別為軸1（37.87%）和軸2（3.90%），且第1 軸起決定性作用；第1 軸與理化因子的相關系數分別為0.8278 和0.7772，累積解釋量分別達到99.80%和80.78%。

RDA 排序模型圖中，物種和環境因子箭頭之間夾角越小，余弦值越大，相關性越大。Chao1 指數、Shannon 指數和Simpson 指數箭頭方向幾乎均與環境因子箭頭相同且呈銳角，說明土壤細菌多樣性與環境因子之間存在正相關關系（圖6）。變形菌門與SOM、TN 和AK 呈正相關；綠彎菌門與AK、TN 和SOM 等養分含量呈正相關；藍藻菌門與AP、TP、pH 和SOM 等養分含量呈正相關；其余5 類菌門與環境因子呈負相關關系。蒙特卡洛置換檢驗發現，不同治沙措施下影響土壤細菌群落結構的主要環境驅動因素為土壤SOM（P=0.006）。

圖6 土壤細菌群落與理化因子RDA 分析Fig. 6 RDA analysis of soil bacterial community and physicochemical factors

在土壤細菌主要功能基因與環境因子關系方面，碳水化合物代謝、氨基酸代謝、萜類和聚酮類化合物的代謝相對豐度與所有環境因子之間呈負相關（圖7）；輔助因子和維生素的代謝與AK、VG、TN、H、TP 和SOM 等因子之間呈正相關；其余代謝功能與環境因子的相關性也各有不同。其中影響土壤細菌代謝功能基因相對豐度較顯著的環境因子為：AK（P=0.042）和H（P=0.028）。

圖7 土壤細菌功能基因與理化因子RDA 分析Fig. 7 RDA analysis of functional genes and physicochemical factors of soil bacteria

2.6 土壤細菌群落結構與功能之間的相關關系

不同治沙措施下土壤細菌群落結構與功能Pearson 相關性分析發現（圖8），放線菌門、變形菌門、擬桿菌門、芽單胞菌門和藍藻菌門與絕大多數細菌功能呈顯著相關關系，說明這5 類菌群與土壤細菌代謝功能之間存在潛在的耦合關系。

圖8 土壤細菌群落結構與功能相關性熱圖Fig.8 Heat map of structural and functional correlations of soil bacterial communities

Mantel 檢驗表明，不同治沙措施下土壤細菌二級代謝功能基因相對豐度差異性與群落結構組成相對豐度差異性呈顯著正相關（P＜0.05，圖9）。

圖9 不同治沙措施下土壤細菌群落結構差異與功能基因豐度差異關系Fig. 9 Relationship between differences in soil bacterial community structure and differences in functional gene abundance under different sand control measures

3 討論

土壤細菌參與土壤中物質循環和能量流動及重要代謝活動，對維持土壤肥力，保持土壤健康和土地可持續生產力具有重要的作用[37］?；?6S rRNA 測序的分子生物學技術具有全面、準確和高通量的特點，能更好地反映土壤細菌群落結構和物種多樣性[38］。PICRUSt2 作為一種基于系統發育與功能聯系假設的微生物功能預測方法，為解釋和預測土壤微生物16S rRNA 標記基因代謝功能提供了新途徑[30，39］。

3.1 復合型治沙措施下梭梭形態特征及土壤因子變化

植被-土壤系統通過二者互饋作用承載生態系統物質循環和能量流動[11，40］。植被高度、蓋度等因子變化不但能從側面反映植被生產力和生態持續恢復水平，而且是區域植被生態功能穩定和生態承載力的重要體現[41］。本研究中復合型治沙措施區梭梭林高度和蓋度均呈顯著增加的共性趨勢，表明治沙措施為梭梭生長發育提供了穩定的環境，有助于梭梭生產力的持續恢復。此外，Cy 措施下梭梭林高度顯著高于Nn 和Asd，說明不同治沙措施對植被生長發育會產生不同的影響。以上結果在研究沙障布設、梭梭定植等治沙措施與植被群落間關系的試驗中屢見不鮮[42］。生境異質性對植被定植、生長產生重要的影響，植被又通過根系分泌物、枯枝落葉分解、沃島效應等生態機制驅動土壤因子變化[43-44］。本研究在原始生境流動沙丘基本一致的條件下，復合型治沙措施成為環境過濾機制的主要策略。我國西北多個典型固沙區域研究的普遍認識是：沙障布設+營造固沙植被的復合型治沙措施在改善土壤性狀、增加土壤養分含量等方面具有顯著作用[9-11，45-46］。本研究中，雖然荒漠土壤養分含量相對匱乏，但土壤有機質、全氮、全磷和速效鉀等養分含量在Nn 和Cy 措施區均有所提高。其原因可能是治沙措施區內梭梭林高度和蓋度的增加，截獲和聚集了風沙流中塵埃顆粒物及凋落物，對地表土壤肥力具有富集作用[10，46］。以往的研究也表明，植被新陳代謝和凋落物分解過程在荒漠土壤中具有顯著的碳、氮源匯集效果[47］。因此，復合型治沙措施的實施使生境質量改善，土壤養分含量不斷提高，土壤性狀產生良好的生態惠益。

3.2 復合型治沙措施對土壤細菌群落結構及多樣性的影響

土壤生境的細微變化都會直接或間接對土壤細菌群落結構和多樣性產生顯著影響[27，48］，越來越多的研究表明干旱乃至荒漠區域土壤細菌群落組成基本一致，主要為放線菌門、變形菌門、綠彎菌門、擬桿菌門和藍藻菌門等近8個類群[24，27-32］。雖然不同立地條件下土壤細菌相對豐度有所差異，但本研究中3 組樣地細菌群落結構總體特征是一致的。放線菌門、變形菌門和綠彎菌門為本研究區土壤優勢細菌群，這與Sun 等[49］和王子寅等[50］對荒漠土壤細菌類群的研究結果相近。李善家等[51］通過研究河西走廊荒漠鹽堿土壤發現，放線菌門屬于革蘭氏陽性細菌，因其孢子生殖、耐熱抗旱等豐富的生理特征，使其成為鹽堿干旱惡劣環境中有力的競爭者。干旱和高輻射等惡劣氣候因素加劇了荒漠綠洲過渡帶土壤鹽堿化程度，減弱了荒漠土壤生態系統碳、氮等元素循環進程[51-52］，而放線菌門和變形菌門等通過參與異化硝酸鹽還原、硝化和反硝化作用驅動土壤氮循環[53］，同時綠彎菌門屬于光能營養型微生物，通過還原性三羧酸循環和C4-雙羧酸循環等主導CO2固定和微生物光合作用。這3 類細菌較高的相對豐度有利于提高荒漠綠洲過渡帶固沙區域土壤碳、氮循環，加快土壤物質轉化和能量流動，提高土壤生態承載力[54］。此外，本研究中Cy 樣地擬桿菌門和藍藻菌門具有更高水平的相對豐度，研究表明這2 門細菌屬于富營養型菌門，能高效利用土壤有機質[24］，Cy 樣地較高的土壤有機質含量為擬桿菌門和藍藻菌門的生長繁殖提供了充足的物質基礎（表3）。細菌屬水平中，對分析細菌生態功能具有阻礙的菌屬占82.82%，說明研究區土壤細菌屬水平的微生物學信息還有很大的挖掘潛力，僅占17.18%的部分已知菌屬結構可能因其不同立地條件和根系分泌物等作用在3 組樣地也產生趨異化特征[27］。

3.3 復合型治沙措施區土壤細菌功能預測

PICRUSt2 功能預測可為研究荒漠土壤細菌生態功能潛勢提供有力支持[55］。本研究中3 組樣地土壤細菌功能注釋結果均表明代謝功能為土壤細菌主要功能。而代謝功能中起主要作用的碳水化合物代謝、氨基酸代謝、輔助因子和維生素的代謝等在3 組樣地土壤中體現出功能高度冗余的特點，說明荒漠土壤微生物代謝功能可能相對保守，對立地條件的改變響應不強烈。丁鈺珮等[30］和杜宇佳等[56］對呼倫貝爾沙區土壤細菌功能預測的研究中發現，土壤細菌的核心功能特性中代謝功能較為活躍。同樣地，本研究結果與利用PICRUSt 技術對不同海拔鬼箭錦雞兒（Caragana jubata）土壤細菌功能的預測結果高度吻合[27］。甚至在對與荒漠土壤理化性質相差很大的黃河下游谷子（Setaria italica）、花生（Arachis hypogaea）間作農田土壤細菌的功能預測中，代謝功能相對豐度超過79.3%[57］。因此本研究中3 組樣地土壤細菌功能沒有顯著差異也不足為奇。近期研究發現，在整體代謝功能相似的微生物群體中，特定代謝功能途徑的基因序列并不完全一致，可能是由于不同環境條件中，執行特定代謝功能的微生物種類不同，從而可以更好地調節和維持生態系統功能的穩定[21］。

3.4 復合型治沙措施區土壤細菌群落及功能與理化因子的關系

微生物群落結構特征對土壤環境因子的變化極為敏感，以往的研究表明，土壤細菌群落結構及多樣性和理化因子之間關系緊密且相互影響[51-53，57-58］。在全球地理格局生態位分化的大部分研究中，土壤pH 因其直接影響細菌細胞膜通透性和穩定性，成為影響細菌群落特性的關鍵因子[59］。但近期魏鵬等[29］發現土壤有機碳是影響準噶爾盆地荒漠土壤細菌群落結構最主要的理化因子。同樣地，Cao 等[31］對科爾沁沙地樟子松林土壤細菌群落特征和Yu 等[33］對半干旱荒漠區錦雞兒屬土壤細菌群落的研究中均表明與土壤有機質相關的細菌屬相對豐度顯著增加，且這些顯著變化可能由其驅動。本研究RDA 結果也佐證了土壤有機質和速效鉀等理化因子顯著影響土壤細菌群落結構、多樣性及代謝功能，而不是土壤pH。其原因可能是本研究區同以上研究均為荒漠鹽堿土壤，鹽堿程度的加劇模糊了土壤pH 對細菌群落的影響，同時，在植被稀疏和土壤養分匱乏的荒漠生態系統中，碳、氮等營養元素作為塑造土壤細菌群落結構最主要的能源物質，成為其關鍵的限制性環境因子[29-30］。變形菌門和放線菌門等因其異養生理機制，通過代謝活動參與有機質分解及土壤養分轉化[27，60］，本研究土壤細菌群落結構與功能熱圖中主要優勢細菌門與絕大多數細菌功能呈顯著相關（圖8），此外，本研究區土壤細菌群落結構差異與細菌功能潛勢差異呈顯著正相關（圖9），進一步佐證了這些類群可能在細菌通過代謝活動驅動生物地球化學循環的過程中扮演重要角色，以及土壤細菌群落結構、代謝功能及環境因子之間存在緊密的相互耦合關系[61-62］。目前，針對沙化土地修復區特定環境因子對土壤細菌群落結構及功能潛勢的調控機理研究甚少，且研究結論也不盡相同，因此需結合宏基因組測序和氮、磷等元素功能基因芯片技術深入探究特定環境因子對土壤細菌群落結構及功能潛勢的特定影響機制。

4 結論

1）復合型治沙措施區土壤細菌群落組成相似，優勢菌群為放線菌門、變形菌門和綠彎菌門，土壤細菌多樣性Chao1 指數顯著高于流動沙丘土壤。

2）代謝功能為研究區土壤細菌主要的生態功能，其中碳水化合物代謝、氨基酸代謝及輔助因子和維生素的代謝在次級代謝功能中相對豐度較大，表現活躍。

3）治沙措施的實施顯著增加了沙化土壤有機質、全氮、全磷、速效鉀等養分含量，其中土壤有機質和速效鉀等因子顯著影響土壤細菌群落結構和代謝功能，且土壤細菌群落結構差異性與功能潛勢差異性顯著正相關。