摘要：本文以伊犁河谷天然割草地（NM）、補(bǔ)播第1年（R1）和補(bǔ)播第3年（R3）割草地為研究對象，采用常規(guī)方法測定土壤理化性質(zhì)，第二代高通量測序方法測定土壤微生物，并對土壤理化性質(zhì)與真菌及細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)等進(jìn)行相關(guān)性分析。結(jié)果表明，補(bǔ)播措施顯著增加土壤全氮含量，達(dá)38.1%，提高土壤細(xì)菌多樣性及菌根真菌相對豐度，增強(qiáng)土壤微生物降解和代謝能力，同時轉(zhuǎn)變天然割草地土壤微生物指示類群；土壤真菌屬和細(xì)菌屬水平群落結(jié)構(gòu)與土壤pH值、速效磷等養(yǎng)分含量之間存在顯著相關(guān)關(guān)系（Plt;0.05）。綜上所述，補(bǔ)播措施通過增加地上植物量，間接作用于土壤養(yǎng)分，改變了植物根系土壤微環(huán)境，從而調(diào)控微生物群落結(jié)構(gòu)與功能，為割草地生產(chǎn)力和生態(tài)功能提升以及可持續(xù)利用提供重要的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：補(bǔ)播；割草地；土壤養(yǎng)分；土壤細(xì)菌；土壤真菌

中圖分類號：S812.2" " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " " " 文章編號：1007-0435（2025）02-0429-11

Effects of Reseeding on Soil Physicochemical Properties and Microbial Community Structure in Yili Natural Mowing Land

HUO Qian-qian1，4， SONG Yang-yang1，4， DUAN Zhen-yu2， HE Hai-xiu2， CHEN Yan-bin3， XI Lin-qiao1，4*

（1.College of Animal Science and Technology， Tarim University， Alar， Xinjiang 843300， China； 2.Xinjiang Academy of Agricultural and Reclamation Sciences，ShiHezi， Xinjiang 832061， China； 3.Chuangjin Tianmu Animal Husbandry Limited Liability Company in Zhaosu County， Yining， Xinjiang 835000，China； 4.Key Laboratory of Livestock and Forage Resources Utilization around Tarim， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Alar， Xinjiang 843300，China）

Abstract：In this study， the natural mowing land （NM）， the first year of reseeding （R1） and the third year of reseeding （R3） of mowing grasslands were used as research objects. The physical and chemical properties of soil were determined by conventional methods. Soil microorganisms were determined by the second-generation high-throughput sequencing method. The correlation between soil physical and chemical properties and fungal and bacterial community structure were analyzed. The results showed that the reseeding significantly increased the total nitrogen content of soil by 38.1%， increased the diversity of soil bacteria and the relative abundance of mycorrhizal fungi， enhanced the degradation and metabolism of soil microorganisms， and transformed the soil microbial indicator groups in natural mowing land. There was a significant correlation between the community structure of soil fungal and bacterial genera and soil pH and available phosphorus （Plt;0.05）. In conclusion， reseeding indirectly acted on soil nutrients by increasing the amount of aboveground plants， and changed the soil microenvironment of plant roots， thereby regulating the structure and function of microbial communities， and providing an important theoretical basis for the improvement of mowing productivity， ecological function and sustainable use.

Key words：Reseeding；Mowing the lawn；Soil nutrients；Soil bacteria；Soil fungi

新疆有5725.88萬hm2天然草地，其中可利用天然草地面積為4800.68萬hm2，天然割草地面積為155.17萬hm2［1］。近年來，天然割草地受全球氣候變化、長期不合理輪刈以及培育措施不足等因素的影響，其生產(chǎn)力逐步下降，雜類草逐步增加，并導(dǎo)致土壤質(zhì)地緊實(shí)、貧瘠，生物多樣性降低、生態(tài)服務(wù)功能減弱。補(bǔ)播作為更新、復(fù)壯草群的有效措施之一，被廣泛應(yīng)用于中重度退化草地的恢復(fù)與重建。補(bǔ)播通過改善植物群落結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)力，對土壤微生物群落產(chǎn)生直接或間接影響。微生物在土壤各種生態(tài)過程發(fā)揮著重要作用，對擾動和環(huán)境變化具有高度敏感性［2］，是土壤質(zhì)量的變化指示因子［3］。土壤微生物參與凋落物分解、根系殘體降解以及腐殖質(zhì)的形成等過程，與植被特征、土壤理化性質(zhì)之間存在著十分密切的關(guān)系［4］。因此，以土壤微生態(tài)學(xué)視角深入研究人工補(bǔ)播措施對防治伊犁河谷天然割草地地力衰退的影響，對于揭示土壤微生物對補(bǔ)播割草地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的響應(yīng)具有重要的科學(xué)意義。

大量研究表明，天然割草地補(bǔ)播后土壤微生物數(shù)量、群落結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生顯著變化，土壤細(xì)菌群落的α多樣性與植物地上生物量呈顯著線性相關(guān)關(guān)系［5］。補(bǔ)播初期雖然能夠改善土壤的理化性質(zhì)，增加固氮及降解有機(jī)質(zhì)的微生物數(shù)量與活性，同時也會降低土壤微生物多樣性［6］。在建植6～10年的人工草地，土壤細(xì)菌群落多樣性下降，土壤微生物食物網(wǎng)的穩(wěn)定性變差；補(bǔ)播10 年后，對中度退化草地土壤微生物區(qū)系的擾動影響及負(fù)向作用逐漸減弱或基本消失［7］。補(bǔ)播通過改變地上生物量，使土壤碳水化合物和脂類等物質(zhì)的組成發(fā)生變化［8］；同時增強(qiáng)土壤微生物生物降解和代謝能力［9］。天然草地補(bǔ)播20年后，變形菌門細(xì)菌相對豐度顯著降低，放線菌門細(xì)菌豐度顯著升高［10］。建植多年生人工草地能降低土壤有機(jī)質(zhì)含量，加速土壤碳的流失［11］。在對割草地補(bǔ)播初期，地上生物量增加，土壤理化性質(zhì)得到初步改善；隨著補(bǔ)播年限的增長，土壤微生物多樣性及群落結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，原生土壤環(huán)境得到逐步改善。以往研究多關(guān)注于補(bǔ)播對天然割草地的地上生物量、土壤養(yǎng)分等方面，關(guān)于補(bǔ)播對天然割草地土壤理化性質(zhì)、不同土層微生物群落結(jié)構(gòu)、功能以及代謝等方面的研究的報道較少。因此，本研究旨在分析補(bǔ)播對伊犁河谷天然割草地不同土層深度土壤微生物群落組成的影響，并結(jié)合土壤理化性質(zhì)探討作用于微生物群落結(jié)構(gòu)及多樣性的關(guān)鍵因素，以期通過微生物視角明晰補(bǔ)播措施下草地治理的機(jī)制和原因，并為退化割草地修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)域地處新疆伊犁哈薩克自治州昭蘇縣77團(tuán)9連（80°44′4″ E，43°04′51″ N）（圖1A），海拔1895～1920 m，區(qū)域氣候?yàn)闇貛Т箨懶园敫珊禋夂?。該區(qū)2021—2023 年均溫為5.5℃，年最高溫與最低溫分別為39.1℃和-28.2℃（圖1B）；≥10℃年積溫為242.0℃，無霜期102 d；年均降水量為400 mm，全年降水主要集中在5—10月，約占全年總降水量的73.7%。草原類型為山地草甸，以割草為主要利用方式。該地主要植物有梯牧草（Phleum pratense L.）、苔草（Carex tristachya Thunb.）、紅三葉（Trifolium pratense L.）等，群落蓋度低于75%，草層平均高度低于25 cm，鮮草產(chǎn)量1300 kg·hm-2。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

對照為天然割草地（Nature meadow，NM），草地類型為禾草+雜草草地類型，優(yōu)勢種為梯牧草、紅三葉、鴨茅（Dactylis glomerata L.），其他植物種類包括無芒雀麥（Bromus inermis Leyss.）、草原老鸛草（Geranium pratense Ledeb.）、新塔花（Ziziphora bungeana Juz）、野草莓（Fragaria vesca L.）、地?。–orydalis bungeana Turcz.）等，干草產(chǎn)量4050 kg·hm-2。

在退化山地草甸選取667 m2的小區(qū)3個，相鄰小區(qū)之間間隔2 m，對小區(qū)進(jìn)行淺翻耕處理，翻耕深度為15 cm。選取當(dāng)?shù)胤N為補(bǔ)播對象（表1），按照豆禾比6︰4同行混播，行間距30 cm，重建成豆禾混播人工草地，總播量為22.94 kg·hm-2（2022年10月建植，2023年開始刈割利用，每年7月初刈割1次，留茬高度8 cm），為補(bǔ)播第1年割草地（Reseeding for one year，R1）。補(bǔ)播第3年割草地（Reseeding for three years，R3）的補(bǔ)播、刈割處理同R1，2021年建植，2022年開始刈割，小區(qū)面積為667 m2，重復(fù)3次。

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 土壤采集 2023年6月采用“S”5點(diǎn)法取0～5 cm，5～10 cm和10～20 cm土壤樣品，每個小區(qū)同層進(jìn)行混合，重復(fù)3次，分袋裝入4℃的保溫箱帶回實(shí)驗(yàn)室，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)初步去除雜物、石塊和根系后分成兩份。其中，一份風(fēng)干，過篩后用于測定土壤養(yǎng)分指標(biāo)，另一份過2 mm篩，存于-80℃超低溫冰箱中用于測定土壤微生物指標(biāo)。

1.3.2 土壤理化性質(zhì)測定方法 將各樣地采集的風(fēng)干土壤樣品研磨粉碎后過篩（2 mm），使用pH計在土壤（水∶土=5∶1）懸浮液中測定土壤pH值；電導(dǎo)率（Electrical conductivity，EC）采用上海雷磁電導(dǎo)率儀測定；土壤有機(jī)質(zhì)（Soil organic matter，SOM）含量采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定；全氮（Total nitrogen，TN）含量采用半微量凱氏定氮法測定；速效磷（Available phosphorus，AP）含量采用0.5 mol·L-1 NaHCO3浸提法測定，速效鉀（Available potassium，AK）含量采用NH4OAc浸提-火焰光度法測定；堿解氮（Alkali hydrolyzable nitrogen，AN）含量采用堿解擴(kuò)散法測定［12］。

1.3.3 土壤DNA提取、PCR擴(kuò)增以及測序（引物） 將采集的不同處理重復(fù)小區(qū)的鮮土樣，分裝入自封袋，透氣狀態(tài)下4℃運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，充分混勻后裝入10 mL離心管，干冰運(yùn)輸至北京諾禾致源科技股份有限公司進(jìn)行測序。稱量0.5 g土壤，采用磁珠法土壤和糞便基因組DNA提取試劑盒（TIANGEN）對基因組DNA進(jìn)行提取，后使用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA純度和濃度，用無菌水稀釋至1 ng·μL-1，另取1μL稀釋后的基因組DNA，以針對真菌ITS 1區(qū)的引物ITS5-1737F（5'-CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA-3'）和ITS2-2043R（5'-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3'），以及針對原核生物16S rDNA V4區(qū)的引物515F（5'-CCTAYGGGRBGCASCAG-3'）和806R（5'-GGACTAC-NNGGGTATCTAAT-3'）進(jìn)行擴(kuò)增。使用NovaSeq 6000進(jìn)行PE 250測序。使用QIIME22020.6中的DADA2方法進(jìn)行去噪，得到最終的擴(kuò)增子序列變異（Amplicon sequence variants，ASVs）。對于16S，數(shù)據(jù)庫為Silva 138.1，對于ITS，數(shù)據(jù)庫為Unite v8.2。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Excel 2024軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理，使用SPSS 27.0進(jìn)行單因素方差分析（One-Way ANOVA）比較不同處理割草地土壤理化性質(zhì)和土壤真菌及細(xì)菌多樣性的差異顯著性（Duncan法，α=0.05），數(shù)據(jù)以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”的形式表示。通過可縮放矢量圖形函數(shù)（SVG）計算微生物物種相對豐度，使用Perl 5.26.2和Origin 2021軟件進(jìn)行作圖。使用QIIME 2軟件計算可操作分類單元（Operational taxonomic units，OTUs）、Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)、Chao1指數(shù)和Pielou-E指數(shù)進(jìn)行真菌和細(xì)菌的Alpha多樣性指數(shù)分析。Venn圖使用VennDiagram函數(shù)在R 4.0.3軟件中生成。使用帶有R軟件的ade 4軟件包和ggplot 2軟件包（4.0.3版）來降低原始變量的維數(shù)，并采用歐式距離（Euclidean distances）系數(shù)對土壤中真菌、細(xì)菌群落的主成分差異進(jìn)行分析；通過T-test方法來檢驗(yàn)土壤真菌、細(xì)菌群落不同分組間的功能差異，分別采用Funguild，Tax4Fun對土壤真菌和細(xì)菌功能進(jìn)行注釋；用Spearman相關(guān)性檢驗(yàn)，分析土壤理化性質(zhì)與土壤真菌及細(xì)菌群落之間的相關(guān)性；使用LEfSe軟件做線性判斷分析（LDA），確定土壤指示微生物。

2 結(jié)果與分析

2.1 補(bǔ)播對割草地土壤理化性質(zhì)的影響

補(bǔ)播對伊犁河谷山地草甸草原割草地土壤理化性質(zhì)影響的測定結(jié)果（表2）顯示，補(bǔ)播處理后（R1和R3）的0～20 cm土壤總pH值、EC值和AP含量顯著降低，土壤SOM，TN，AK，AN含量顯著增加（Plt;0.05）。在0～5 cm土層，R1土壤SOM，TN，AK，AN含量顯著高于NM和R3（Plt;0.05），R1和R3土壤AP含量均顯著低于NM（Plt;0.05）；R3處理土壤pH值顯著低于NM和R1（Plt;0.05）。在5～10 cm土層，R3土壤AK含量顯著低于R1和NM（Plt;0.05），但土壤TN含量顯著高于R1（Plt;0.05）；R1土壤AN含量和EC值顯著高于NM與R3（Plt;0.05），但pH值顯著低于二者。在10～20 cm土層，R1土壤TN，AK，AN，SOM含量顯著高于NM和R3（Plt;0.05）；NM土壤pH值顯著高于R1和R3（Plt;0.05）。割草地補(bǔ)播第1年降低土壤pH值及AP含量，提高土壤TN，SOM，AK，AN含量和EC值；在補(bǔ)播第3年土壤pH值以及SOM和AN含量逐步趨近于NM；土壤TN含量繼續(xù)呈增加趨勢，但土壤EC值及AP和AK含量呈下降趨勢。

2.2 補(bǔ)播對土壤真菌、細(xì)菌群落組成的影響

門水平上相對豐度大于0.1%的土壤真菌包括子囊菌門（Ascomycota）、擔(dān)子菌門（Basidiomycota）、被孢霉門（Mortierellomycota）等6個（圖2A）。與NM相比，補(bǔ)播后割草地（R1，R3）0～20 cm土壤真菌中子囊菌門、羅茲菌門（Rozellomycota）和球囊菌門（Glomeromycota）相對豐度顯著增加，擔(dān)子菌門、被孢霉門和壺菌門（Chytridiomycota）相對豐度顯著降低（Plt;0.05）。0～5 cm土層中，R1土壤被孢霉門和R3土壤子囊菌門相對豐度較NM處理分別顯著降低1.28%和8.06%（Plt;0.05），并且R3土壤羅茲菌門與球囊菌門相對豐度較NM和R1處理顯著增加（Plt;0.05）。在5～10 cm土層中，R1土壤子囊菌門、羅茲菌門和球囊菌門相對豐度較NM處理顯著增加，擔(dān)子菌門相對豐度顯著降低（Plt;0.05）；R3土壤子囊菌門、壺菌門、羅茲菌門和球囊菌門相對豐度較NM處理顯著增加，擔(dān)子菌門相對豐度顯著降低11.86%（Plt;0.05），并且R3土壤子囊菌門、擔(dān)子菌門、球囊菌門相對豐度與R1處理相比也顯著增加（Plt;0.05）。在10～20 cm土層中，與NM處理相比，R1土壤子囊菌門、壺菌門和羅茲菌門相對豐度顯著增加，被孢霉門相對豐度顯著降低4.48%（Plt;0.05）；R3土壤子囊菌門、羅茲菌門和球囊菌門相對豐度較NM處理顯著增加，擔(dān)子菌門相對豐度顯著降低9.13%（Plt;0.05）；R3土壤被孢霉門、羅茲菌門、球囊菌門相對豐度較R1顯著增加，擔(dān)子菌門和壺菌門相對豐度分別顯著降低9.43%和1.48%（Plt;0.05）。

門水平上相對豐度大于1%的細(xì)菌包括變形菌門（Proteobacteria）、酸桿菌門（Acidobacteriota）和放線菌門（Actinobacteria）等6個（圖2B）。與NM相比，補(bǔ)播后割草地（R1和R3）0～20 cm土壤細(xì)菌酸桿菌門（Acidobacteriota）、疣微菌門（Verrucomicrobiota）和綠彎菌門（Chloroflexi）相對豐度顯著增加；變形菌門、放線菌門和擬桿菌門（Bacteroidota）相對豐度顯著降低（Plt;0.05）。0～5 cm土層，R1土壤變形菌門、酸桿菌門相對豐度較NM處理顯著降低2.41%，2.26%；R3土壤酸桿菌門、綠彎菌門相對豐度較NM處理顯著增加1.83%和0.76%（Plt;0.05），變形菌門、放線菌門、擬桿菌門相對豐度較NM和R1處理顯著降低（Plt;0.05）。5～10 cm土層，R1和R3土壤變形菌門、放線菌門相對豐度較NM處理顯著降低（Plt;0.05），酸桿菌門和疣微菌門顯著增加（Plt;0.05）。10～20 cm土層，R1土壤放線菌門、酸桿菌門相對豐度較NM顯著降低（Plt;0.05），但在R3土壤中相對豐度均顯著增加（Plt;0.05）。

采用歐式距離（Euclidean distances）對10～20 cm土層土壤真菌、細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行主成分分析。土壤真菌結(jié)果顯示（圖3A），PC1對土壤真菌群落結(jié)構(gòu)差異解釋率為18.17%，PC2的解釋率為14.86%，二者方差累計貢獻(xiàn)率為33.03%。在PC2軸中，R1，R3與NM呈負(fù)向分布，三組均顯著分離（Plt;0.05）。土壤細(xì)菌結(jié)果顯示（圖3B），PC1對土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)差異解釋率為15.36%，PC2解釋率為14.41%，二者方差累計貢獻(xiàn)率為29.77%。在PC2軸中，NM與R1，R3呈負(fù)向分布，三組均顯著分離（Plt;0.05）。表明補(bǔ)播能夠改變10～20 cm土壤真菌及細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)。

2.3 補(bǔ)播對土壤真菌、細(xì)菌多樣性的影響

在0～20cm土壤，自NM，R1和R3土壤樣品中讀取的真菌序列OTUs分別為2899條、3081條和2999條（圖4A），三者共有真菌OTUs為774條，特有真菌OTUs分別為1575條、1633條和1671條；自NM，R1和R3土壤樣品中讀取到的細(xì)菌序列OTUs分別為8186條、7931條和8277條（圖4B），三者共有細(xì)菌OTUs為2111條，特有細(xì)菌OTUs序列分別為4537條、4681條和4187條。補(bǔ)播天然割草地能夠提高土壤真菌特有OTUs，降低細(xì)菌特有OTUs。

補(bǔ)播天然割草地降低土壤真菌Chao1指數(shù)、E指數(shù)、H指數(shù)（圖5）。0～20 cm土壤，Chao1指數(shù)隨補(bǔ)播年限逐年降低，H和E指數(shù)在R1處理降低，又在R3處理有所回升，但未超過NM處理；0～5 cm土壤NM處理Chao1指數(shù)顯著高于R1和R3，在10～20 cm土壤中則相反（Plt;0.05）；E和H指數(shù)在0～10 cm土壤差異顯著（Plt;0.05），均呈現(xiàn)NMgt;R3gt;R1的趨勢。補(bǔ)播天然割草地增加土壤細(xì)菌H指數(shù)和Chao1指數(shù)，0～20 cm總土壤中R3的Chao1指數(shù)和H指數(shù)均高于R1和NM，其中較NM處理增長更為顯著（Plt;0.05）；土壤細(xì)菌E指數(shù)呈下降趨勢，在0～5 cm土壤中呈NMgt;R1gt;R3趨勢，各處理間差異顯著（Plt;0.05），在10～20 cm土壤中差異不顯著。補(bǔ)播處理增加土壤細(xì)菌多樣性；但補(bǔ)播第1年土壤真菌的豐富度及均勻度降低，并且0～10 cm土層受到影響較大，隨著補(bǔ)播年限增長，對土壤微生物多樣性的影響逐漸減小。

2.4 土壤真菌、細(xì)菌群落與土壤理化性質(zhì)冗余分析

屬水平下相對豐度排名前十的微生物群落與土壤理化性質(zhì)RDA分析結(jié)果表明，在NM，R1和R3中土壤優(yōu)勢真菌群落與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系顯著（圖6A），第一軸和第二軸的解釋度分別為31.79%和19.66%。其中，土壤pH值及土壤AP，AK，TN，SOM，AN含量對真菌屬相對豐度影響較大；土壤EC值，AK，SOM，TN，AN含量與枝孢菌屬（Cladosporium）相對豐度呈正相關(guān)關(guān)系，與擬鎖珊瑚菌（Clavulinopsis）、濕果傘屬（Gliophorus）、古根菌屬（Archaeorhizomyces）相對豐度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；AP含量、pH值與Paraphaeosphaeria、腐質(zhì)酶（Humicola）、寡囊盤菌屬（Thelebolus）相對豐度呈正相關(guān)，與濕傘屬（Hygrocybe）、珊瑚屬（Clavaria）、Archaeorhizomycetales gen Incertae sedis相對豐度呈負(fù)相關(guān)。

NM，R1和R3中土壤優(yōu)勢細(xì)菌群落與土壤理化性質(zhì)的顯著相關(guān)（圖6B），第一軸和第二軸的解釋度分別為43.07%和17.58%。其中土壤AP，AK，SOM，AN，TN含量對細(xì)菌群落影響較大；土壤AP含量、pH值與大豆根瘤菌屬（Bradyrhizobium）、伍氏束縛菌屬（Conexibacter）相對豐度呈顯著正相關(guān)關(guān)系（Plt;0.05），與Candidatus solibacter和Candidatus udaeobacter相對豐度呈負(fù)相關(guān)；土壤AK，OM含量和EC值與假諾卡氏菌屬（Pseudonocardia）、分枝桿菌屬（Mycobacterium）相對豐度呈正相關(guān)，與Gaiella和RB41相對豐度呈負(fù)相關(guān)；土壤pH對鞘氨醇單胞菌屬（Sphingomonas）、Solirubrobacter相對豐度影響較大。

2.5 土壤真菌和細(xì)菌功能預(yù)測及指示微生物類群

用FunGuild對補(bǔ)播處理割草地R1，R3與天然割草地NM土壤相對豐度排名前十的真菌群落進(jìn)行功能預(yù)測分析（圖7A），樣本中涉及動物病原性-內(nèi)生菌-真菌寄生菌-地衣寄生蟲-植物病原菌-木腐型菌群（Animal-Pathogen Endophyte Fungal-Parasite Lichen-Parasite Plant Pathogen Wood-Saprotroph）、叢枝菌根（Arbuscular Mycorrhiza）、外生菌根（Ectomycorrhiza）、外生菌根-未定義腐生型菌（Ectomycorrhizal-Undefined Saprotroph）、蘭花菌根（Orchid mycorrhizal）、未檢測出（Unassigned）、未定義腐生型菌-木腐型菌群（Undefined Saprotroph Wood-Saprotroph）；共生營養(yǎng)型為主要模式，補(bǔ)播處理顯著提高叢枝菌根、蘭花菌根等功能類群豐度（Plt;0.05），降低了外生菌根、未定義木腐型菌群功能類群豐度（Plt;0.05）。

用Tax4Fun對補(bǔ)播草地R1，R3和天然草地NM中細(xì)菌群落的功能進(jìn)行預(yù)測（圖7B），得到新陳代謝通路，主要包括碳水化合物代謝（Carbohydrate metabolism）、氨基酸代謝（Amino acid metabolism）、內(nèi)分泌系統(tǒng)（Endocrine system）、傳染性疾病（Infectious diseases）等代謝通路；補(bǔ)播顯著提高了氨基酸代謝功能類群豐度，降低了碳水化合物代謝功能類群豐度（Plt;0.05）。

用LEfSe分析天然草地NM和補(bǔ)播草地R1，R3的指示微生物，真菌（圖8A）和細(xì)菌（圖8B）分別選取4和3作為分析閾值。在真菌群落和細(xì)菌群落進(jìn)行篩選后的微生物中，選取LDA值最大的微生物作為兩種草地土壤的指示微生物。天然草地的指示真菌類群為濕果傘屬真菌（Gilophorus），指示細(xì)菌類群是變形菌門細(xì)菌（Gammaproteobacteria）；補(bǔ)播后草地的指示真菌類群為子囊菌門真菌（Archaeorhizomycetales），指示細(xì)菌類群為粘菌門細(xì)菌（Myxococcota）。

3 討論

3.1 補(bǔ)播對土壤理化性質(zhì)的影響

天然割草地補(bǔ)播增加了草地植物量，產(chǎn)生多樣的凋落物以及根系殘留物，有助于提高土壤有機(jī)物含量，改善土壤理化性質(zhì)；通過補(bǔ)播和物理措施相結(jié)合的培育方式，實(shí)現(xiàn)天然割草地的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，確保割草地生態(tài)系統(tǒng)功能的長期穩(wěn)定和持續(xù)提升。土壤有機(jī)質(zhì)和全氮被認(rèn)為是土壤肥力的重要指標(biāo)。在科爾沁堿化草地經(jīng)翻耙補(bǔ)播沙打旺（Astragalus laxmannii Jacq.）后，土壤pH值降低，0～10 cm土壤的SOM含量增加至對照組的1.92倍［13］；翻耕補(bǔ)播草甸土壤電導(dǎo)率顯著低于原生高寒草甸［14］；對天然割草地補(bǔ)播紫花苜蓿，土壤SOM含量增加85%～102.6%，TN含量增加50.5%～82.2%，AN含量增加15.2%～65.3%［15］；對河南縣高寒草甸草原補(bǔ)播，顯著降低土壤AP含量，增加土壤TN和AK含量［16］。本試驗(yàn)結(jié)果與以上研究相似，補(bǔ)播通過增加伊犁河谷山地草甸中的植物量，可能引起植物產(chǎn)生的凋落物增加以及根系礦化，顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，后經(jīng)微生物分解產(chǎn)生酸類物質(zhì)，使土壤pH降低；同時補(bǔ)播豆科牧草與土壤中的根瘤菌共生固氮提高了土壤氮素含量；由于補(bǔ)播后植物對AP的利用率提高，引起土壤中AP含量降低。但本研究中由于補(bǔ)播初期疏松土壤結(jié)構(gòu)透氣性增加，后期經(jīng)蒸發(fā)，使水分流失加劇，引起土壤的次生鹽漬化，引起土壤電導(dǎo)率增加。

3.2 補(bǔ)播對土壤微生物多樣性及群落結(jié)構(gòu)的影響

土壤中微生物多樣性及豐富程度能夠反映土壤肥力水平與土壤微生物代謝功能［17］。補(bǔ)播使草地土壤微生物數(shù)量短期內(nèi)增加，從而導(dǎo)致其多樣性和均勻度均高于退化草地［7］；補(bǔ)播初期（3～5a），顯著提高了0～10 cm土層土壤真菌和細(xì)菌的數(shù)量，并隨著修復(fù)年限延長而遞增［18］。補(bǔ)播措施使天然草地土壤真菌及細(xì)菌多樣性顯著增加［19-20］；在天然高寒草地轉(zhuǎn)變?yōu)榛觳ト斯げ莸氐难芯恐?，土壤?xì)菌多樣性顯著增加，真菌多樣性并未發(fā)生顯著變化［10］。本文研究結(jié)果中，天然割草地補(bǔ)播顯著增加土壤細(xì)菌群落多樣性，降低土壤真菌多樣性，可能是受草地類型、土壤類型和含水量等因素的影響。

微生物群落是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)會隨著外界的變化而發(fā)生改變［21］。補(bǔ)播不能引起土壤微生物群落優(yōu)勢菌門的演替，但對其相對豐度以及生態(tài)功能產(chǎn)生了顯著影響。大量研究報道，子囊菌門、擔(dān)子菌門等為補(bǔ)播草地土壤優(yōu)勢真菌門［22-23］，補(bǔ)播能增加草地土壤子囊菌門真菌相對豐度，降低擔(dān)子菌門、被孢霉門真菌相對豐度［19］；在退化草地補(bǔ)播無芒雀麥，顯著提高土壤中球囊菌門真菌相對豐度［24］。本研究結(jié)果與以上相似，由于研究區(qū)樣地土壤中木質(zhì)素含量較高，不利于擔(dān)子菌門生長發(fā)育，而子囊菌門能分解土壤中木質(zhì)素、腐殖質(zhì)等較難分解的某些物質(zhì)，因此，在補(bǔ)播后子囊菌門的相對豐度提高，而擔(dān)子菌門相對豐度降低；此外，球囊菌門能夠與無芒雀麥形成特異的叢枝菌根［24］，這有助于無芒雀麥吸收土壤中的水分和無機(jī)鹽［25］。補(bǔ)播顯著提高土壤真菌AM功能類群豐度，其與植物根系建立共生體系，形成地下菌絲網(wǎng)絡(luò)，提高植物抵御不良環(huán)境的能力，并且參與磷循環(huán)過程，提高磷素利用效率［26］。

研究報道變形菌門、酸桿菌門、放線菌門以及綠彎菌門為天然草地土壤優(yōu)勢細(xì)菌門，其種類眾多、分布范圍廣、擴(kuò)散性強(qiáng)，有比較寬的生態(tài)位，對不同的生境有較好的適應(yīng)能力［27］。補(bǔ)播顯著提高退化高寒草甸草地土壤疣微菌門細(xì)菌相對豐度，降低變形菌門和放線菌門細(xì)菌相對豐度［28］；在退化草地補(bǔ)播牧草能顯著提高土壤酸桿菌門和綠彎菌門細(xì)菌相對豐度［27］；補(bǔ)播顯著增強(qiáng)土壤細(xì)菌氨基酸代謝、脂質(zhì)代謝等功能［10］。在本文研究結(jié)果中，補(bǔ)播提高土壤酸桿菌門、疣微菌門及綠彎菌門細(xì)菌相對豐度；綠彎菌門能夠通過光合作用獲得能量來固定CO2［29］，從而促進(jìn)土壤固氮能力［30］；酸桿菌門能夠分解土壤有機(jī)質(zhì)，促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)釋放［31］；疣微菌門與土壤中多糖降解有關(guān)，是土壤生態(tài)系統(tǒng)中碳循環(huán)的重要參與者［32］；但土壤細(xì)菌碳水化合物代謝功能降低，可能是由于分解者真菌多樣性降低導(dǎo)致土壤易利用性碳源減少。

3.3 土壤微生物與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性分析

微生物可以將土壤中難溶性的營養(yǎng)物質(zhì)分解為可溶性營養(yǎng)物質(zhì)，通過自身生長繁殖改變土壤理化性質(zhì)，提高土壤肥力的同時，對養(yǎng)分循環(huán)起著重要作用［33-34］。在相關(guān)性的研究中，補(bǔ)播天然割草地能夠改變土壤微生物及土壤理化性質(zhì)［35］，對牧草采取栽培管理措施是影響土壤養(yǎng)分循環(huán)和改變微生物群落的重要因素，在天然草地上進(jìn)行禾豆混播，合理地分布了地上和地下空間格局，使土壤理化性質(zhì)得到改善，并顯著促進(jìn)微生物的活動，從而加速了有機(jī)物分解和養(yǎng)分的積累［36］。土壤真菌相對豐度不但與土壤SOM含量密切相關(guān)［37］，還與土壤AP含量呈正相關(guān)關(guān)系，子囊菌門中的光黑殼屬（Preussia）相對豐度與土壤AK和AP含量呈正相關(guān)關(guān)系，與土壤TN，SOM，AN含量及pH值呈負(fù)相關(guān)關(guān)系（Plt;0.05）［38］。在對一些草甸和退化草地的研究中發(fā)現(xiàn)，土壤總氮和總磷能夠顯著影響土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)［39-40］；土壤pH值與酸桿菌門細(xì)菌相對豐度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與放線菌門細(xì)菌相對豐度呈正相關(guān)關(guān)系［41］；土壤中AK，AP，SOM，TN等養(yǎng)分含量顯著影響鞘氨醇單胞菌屬細(xì)菌、變形菌門、酸桿菌門細(xì)菌相對豐度［31-42］。本研究結(jié)果與以上結(jié)果類似，在伊犁天然割草地土壤中，AK和AP等養(yǎng)分含量及土壤pH值對真菌群落影響較大。其中，枝孢菌屬真菌與寡囊盤菌屬真菌同屬于真菌子囊菌門，土壤pH值及AK和AP等養(yǎng)分影響真菌分解土壤有機(jī)質(zhì)分解和養(yǎng)分循環(huán)等過程。土壤AP含量和pH值與細(xì)菌中大豆根瘤屬和鞘氨醇單胞菌屬細(xì)菌相對豐度呈正相關(guān)關(guān)系。鞘氨醇單胞菌屬具有修復(fù)環(huán)境污染的能力，能在干旱、鹽堿和重金屬等脅迫條件下促進(jìn)植物生長，提高植物抗逆性等作用［42］。大豆根瘤菌屬細(xì)菌具有高效的解磷能力，并且可以與豆科植物共生，通過共生固氮作用將空氣中的游離態(tài)氮轉(zhuǎn)變?yōu)橹参锟衫玫?3］。假諾卡式菌屬、分枝桿菌屬細(xì)菌相對豐度與土壤AK，SOM含量及EC值呈正相關(guān)關(guān)系，二者具有降解纖維素、土壤有機(jī)質(zhì)的能力。補(bǔ)播提高土壤養(yǎng)分的含量，促進(jìn)土壤中微生物的生長繁殖，使土壤中有機(jī)質(zhì)和氮素含量明顯提高，這主要?dú)w因于土壤中根系量的增加以及微生物分解速度加快，標(biāo)志著補(bǔ)播措施在一定程度上改善了土壤微生物活性，退化草地得到適當(dāng)?shù)幕謴?fù)，同時提高土壤含水量［44］，土壤肥力影響草地植物生長，植物改變土壤微生物生存環(huán)境，進(jìn)而影響其群落與功能［45］。

4 結(jié)論

本研究表明，對伊犁河谷割草地補(bǔ)播顯著增加土壤全氮養(yǎng)分含量，降低土壤速效磷含量（Plt;0.05）；土壤微生物群落結(jié)構(gòu)、優(yōu)勢微生物類群、微生物多樣性和功能代謝均發(fā)生明顯改變；土壤速效磷、速效鉀是引起土壤微生物群落特征變化的主要調(diào)控因素。因此，在天然割草地進(jìn)行補(bǔ)播能夠通過增加地表植物生物量，改善土壤理化性質(zhì)，優(yōu)化微生物棲息生境，改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與功能特征。

參考文獻(xiàn)

［1］ 祖日古麗·友力瓦斯，董志國，張博. 新疆野生牧草種質(zhì)資源的利用與開發(fā)［J］. 農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備，2016（4）：44

［2］ DAVIDSON E A，ACKERMAN I L. Changes in soil carbon inventories following cultivation of previously untilled soils［J］. Biogeochemistry，1993，20（3）：161-193

［3］ ANDERSON T H. Microbial eco-physiological indicators to asses soil quality［J］. Agriculture， Ecosystems amp; Environment，2003，98（1）：285-293

［4］ 王淼，曲來葉，馬克明，等. 罕山土壤微生物群落組成對植被類型的響應(yīng)［J］. 生態(tài)學(xué)報，2014，34（22）：6640-6654

［5］ CHEN Q L，DING J，ZHU Y G，et al. Soil bacterial taxonomic diversity is critical to maintaining the plant productivity［J］. Environment International，2020，140：105766

［6］ 李曉娜，王超，張微微，等. 京郊荒灘地短期植被恢復(fù)對土壤理化性質(zhì)及微生物群落結(jié)構(gòu)的影響［J］. 水土保持學(xué)報，2019，33（5）：343-348，357

［7］ 趙文，尹亞麗，李世雄，等. 中度退化草地補(bǔ)播10年后土壤微生物特征研究［J］. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2020，29（12）：2365-2372

［8］ WENG X H，LI J Y，SUI X，et al. Soil microbial functional diversity responses to different vegetation types in the Heilongjiang Zhongyangzhan Black-billed Capercaillie Nature Reserve［J］. Annals of Microbiology，2021，71（1）：26

［9］ SALEMME R K，OLSON K R，GENNADIYEV A N，et al. Effects of land use change， cultivation， and landscape position on prairie soil organic carbon stocks［J］. Open Journal of Soil Science，2018，8（7）：163-173

［10］ 于皓，劉悅，鄧曄，等. 天然高寒草地轉(zhuǎn)變?yōu)榛觳ト斯げ莸貙ν寥牢⑸锶郝涮卣鞯挠绊懀跩］. 環(huán)境科學(xué)，2023，44（5）：2928-2935

［11］ 陳璐. 西北干旱區(qū)多年生人工草地土壤總硝化過程和呼吸作用的研究［D］. 蘭州：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)，2017：38-43

［12］ 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析［M］. 第3版.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000：22-187

［13］ 蔣德明，賀山峰，曹成有，等. 翻耙補(bǔ)播對科爾沁堿化草地土壤理化性質(zhì)和生物活性的影響［J］. 中國草地學(xué)報，2006，28（4）：18-23

［14］ 張寶貴，趙宇婷，劉曉嬌，等. 翻耕補(bǔ)播對青藏高原疏勒河上游高寒草甸土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量的影響［J］. 冰川凍土，2020，42（3）：1027-1035

［15］ 閻子盟，張玉娟，潘利，等. 天然草地補(bǔ)播豆科牧草的研究進(jìn)展［J］. 中國農(nóng)學(xué)通報，2014，30（29）：1-7

［16］ 王偉，徐成體. 不同補(bǔ)播年限對河南縣高寒草甸土壤養(yǎng)分的影響研究［J］. 青海畜牧獸醫(yī)雜志，2016，46（3）：1-4

［17］ 劉京京，陳學(xué)文，梁愛珍，等. 微生物肥料及其對黑土旱田作物應(yīng)用的效果［J］. 土壤與作物，2023，12（2）：179-195

［18］ 姚鳳嬌，崔國文，李洪影，等. 覆蓋秸稈對鹽堿草地補(bǔ)播野大麥和虎尾草的生長及土壤微生物數(shù)量的影響［J］. 黑龍江畜牧獸醫(yī)，2015（13）：22-26

［19］ 尹亞麗，李世雄，馬玉壽. 人工補(bǔ)播對退化高寒草甸土壤真菌群落特征的影響［J］. 草地學(xué)報，2020，28（6）：1791-1797

［20］ 闞海明，陳超，馬曉東，等. 華北退化荒地建植豆類和禾本植物人工草地對土壤真菌群落結(jié)構(gòu)和功能的影響［J］. 生態(tài)學(xué)報，2023，43（24）：10092-10103

［21］ HOU?KOVá B，BU?O R，MAKOVNíKOVá J. Contribution of good agricultural practices to soil biodiversity［J］. Open Journal of Ecology，2021，11（1）：75-85

［22］ 岳丹丹，韓貝，Abid Ullah，等. 干旱條件下棉花根際真菌多樣性分析［J］. 作物學(xué)報，2021，47（9）：1806-1815

［23］ 吳?；?，王蕊，高長青，等. 土地利用驅(qū)動的土壤性狀變化影響微生物群落結(jié)構(gòu)和功能［J］. 生態(tài)學(xué)報，2021，41（20）：7989-8002

［24］ 闞海明，龐卓，陳超，等. 北京西北淺山區(qū)退化草地植被恢復(fù)對土壤微生物群落多樣性的影響［J］. 草地學(xué)報，2022，30（6）：1350-1358

［25］ 馬富龍，韓路，馮秀花，等. 封育對昆侖山北坡溫性草原植物、土壤及微生物的影響［J］. 草地學(xué)報，2023，31（11）：3364-3375

［26］ 沈仁芳，趙學(xué)強(qiáng). 土壤微生物在植物獲得養(yǎng)分中的作用［J］. 生態(tài)學(xué)報，2015，35（20）：6584-6591

［27］ 劉育書. 牧草補(bǔ)播對退化草地植物-土壤生態(tài)化學(xué)計量特征的影響［D］. 楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2023：34-46

［28］ 尹亞麗，劉穎，李世雄. 退化高寒草甸土壤細(xì)菌群落特征對補(bǔ)播的響應(yīng)研究［J］. 青海大學(xué)學(xué)報，2021，39（3）：49-54，60

［29］ KLAPPENBACH J A，PIERSON B K. Phylogenetic and physiological characterization of a filamentous anoxygenic photoautotrophic bacterium ‘Candidatus Chlorothrix halophila’ gen. nov.，sp.nov.，recovered from hypersaline microbial mats［J］. Archives of Microbiology，2004，181（1）：17-25

［30］ LV X F，YU J B，F(xiàn)U Y Q，et al. A meta-analysis of the bacterial and archaeal diversity observed in wetland soils［J］. The Scientific World Journal，2014，2014：437684

［31］ 戴雅婷，閆志堅，解繼紅，等. 基于高通量測序的兩種植被恢復(fù)類型根際土壤細(xì)菌多樣性研究［J］. 土壤學(xué)報，2017，54（3）：735-748

［32］ 余炎炎，李夢莎，劉嘯林，等. 大興安嶺典型永久凍土土壤細(xì)菌群落組成和多樣性［J］. 微生物學(xué)通報，2020，47（9）：2759-2770

［33］ WELBAUM G E，STURZ A V，DONG Z M，et al. Managing soil microorganisms to improve productivity of agro-ecosystems［J］. Critical Reviews in Plant Sciences，2004，23（2）：175-193

［34］ 何貴永，孫浩智，史小明，等. 青藏高原高寒濕地不同季節(jié)土壤理化性質(zhì)對放牧模式的響應(yīng)［J］. 草業(yè)學(xué)報，2015，24（4）：12-20

［35］ SOSNOWSKI J，JANKOWSKI K，VIDICAN R，et al. Number of microorganisms in the soil cultivated with legume-grass mixtures supplied with phytohormones and nitrogen［J］. Notulae Scientia Biologicae，2014，6（4）：498-504

［36］ 茍文龍，李平，董臣飛，等. 混播比例和刈割茬次對多花黑麥草+箭筈豌豆混播草地土壤細(xì)菌群落的影響［J］. 草地學(xué)報，2019，27（5）：1222-1230

［37］ 張豪睿，付剛. 藏北高寒草地土壤真菌群落系統(tǒng)發(fā)育多樣性對放牧的響應(yīng)［J］. 草地學(xué)報，2022，30（1）：21-28

［38］ 孫倩，吳宏亮，陳阜，等. 寧夏中部干旱帶不同作物根際土壤真菌群落多樣性及群落結(jié)構(gòu)［J］. 微生物學(xué)通報，2019，46（11）：2963-2972

［39］ 羅正明，劉晉仙，胡硯秋，等. 五臺山不同退化程度亞高山草甸土壤微生物群落分類與功能多樣性特征［J］. 環(huán)境科學(xué)，2023，44（5）：2918-2927

［40］ LI Y M，WANG S P，JIANG L L，et al. Changes of soil microbial community under different degraded gradients of alpine meadow［J］. Agriculture， Ecosystems and Environment，2016，222：213-222

［41］ 李海云，姚拓，馬亞春，等. 祁連山中段退化高寒草地土壤細(xì)菌群落分布特征［J］. 草業(yè)學(xué)報，2019，28（8）：170-179

［42］ 呂博，丁亮，過聰，等. 復(fù)合微生物肥對棉田土壤養(yǎng)分及根際細(xì)菌群落的影響［J］. 作物雜志，2024（4）：209-215

［43］ 王金生，吳俊江，蒲國鋒，等. 不同土壤類型中大豆根瘤菌解磷能力及其穩(wěn)定性評價［J］. 大豆科學(xué)，2020，39（6）：906-911

［44］ 朱建寧，彭文棟，李永華，等. 荒漠草原采用淺翻耕改良對土壤水分及牧草組成的影響研究［J］. 黑龍江畜牧獸醫(yī)，2014（23）：108-111

［45］ ARENZ B E，BLANCHETTE R A. Distribution and abundance of soil fungi in Antarctica at sites on the Peninsula， Ross Sea Region and McMurdo Dry Valleys［J］. Soil Biology and Biochemistry，2011，43（2）：308-315

（責(zé)任編輯" 閔芝智）