陳昕，李奇，陳懂懂，賀福全，霍莉莉，趙新全，趙亮*

1.中國(guó)科學(xué)院西北高原生物研究所，青海 西寧 810008；2.中國(guó)學(xué)科院三江源國(guó)家公園研究院，青海 西寧 810008；3.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049

微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)中重要的組成部分，參與了植被凋落物的分解、土壤硝化和礦化、以及自身的呼吸作用等相關(guān)過程，其群落結(jié)構(gòu)和多樣性反映了土壤生態(tài)過程的變化（宿曉琳等，2018），建立了地上 (植物/凋落物)-地下（土壤食物網(wǎng)/土壤過程）的能量傳輸路徑（David，2004），且通過這些過程驅(qū)動(dòng)生物圈元素的循環(huán)（Zheng et al.，2018），并對(duì)環(huán)境的變化做出響應(yīng)（林耀奔等，2019）。一些研究認(rèn)為，地上植被群落結(jié)構(gòu)差異改變了土壤的環(huán)境（Li et al.，2017a；Zhang et al.，2013），而土壤作為微生物的棲息場(chǎng)所，其理化性質(zhì)的差異改變了微生物的多樣性（Ge et al.，2008a；Drenovsky et al.，2010）及其微生物群落結(jié)構(gòu)（宿曉琳等，2018；趙輕舟等，2018）。Trivedi et al.（2016）和 Louca et al.（2016）指出微生物群落結(jié)構(gòu)的不同引起了菌群基因豐度的差異?？梢?，植被群落結(jié)構(gòu)和土壤環(huán)境引起微生物群落變異，從而改變了土壤微生物功能基因豐度。因此，探究地上植被群落結(jié)構(gòu)和地下土壤環(huán)境與土壤微生物功能基因之間的關(guān)系，有助于認(rèn)識(shí)“植被-土壤-微生物”系統(tǒng)的能量流動(dòng)、元素循環(huán)等調(diào)節(jié)機(jī)制。

土壤微生物參與了許多生物化學(xué)途徑（Hug et al.，2018；Li et al.，2018；馬大龍等，2016），而這些途徑都是通過功能基因連接起來的（Zhang et al.，2014；張于光等，2007）。如，cbbL基因參與了固定CO2的卡爾文循環(huán)（Keshri et al.，2015），nifH基因參與了土壤微生物的固氮作用（Chen et al.，2019a），PPX基因參與了磷酸水解作用（Chen et al.，2019a；肖升木，2010）等。功能基因網(wǎng)絡(luò)之間的相互作用能反映出微生物群落結(jié)構(gòu)的原始組成（Singh et al.，2012）和復(fù)雜性（Wang et al.，2015；Raes et al.，2008），對(duì)功能基因的研究可將微生物循環(huán)過程具體化（Che et al.，2018）。且 Xu et al.（2018）研究還發(fā)現(xiàn)，基因豐度的增加可能是代謝過程加速的原因。本文以土壤微生物功能基因豐度為切入點(diǎn)來研究地上植被群落結(jié)構(gòu)和地下土壤環(huán)境與土壤微生物功能基因之間的關(guān)系。

一些研究表明水分（Yan et al.，2018；范思思，2018；Zhao et al.，2019）、pH（劉充等，2015；Alessandra et al.，2019）、土壤速效氮（Cong et al.，2015）是影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的重要因素從而改變了功能基因豐度，還有文獻(xiàn)指出地上植被群落結(jié)構(gòu)也會(huì)影響功能基因豐度（Sun et al.，2019；Bradacova et al.，2019）。然而，在生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)過程中微生物分解作用需要能量供給和運(yùn)動(dòng)載體（Tu et al.，2014；Zhang et al.，2020），地上植被的生物量是能量的主要來源，它通過凋落物與根際沉積返還到土壤，為土壤動(dòng)物和微生物提供分解所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而地下土壤水分是微生物分解運(yùn)動(dòng)過程的載體。因此，我們提出自下而上的土壤環(huán)境因子（Schoener，1989）和自上而下（Mueller et al.，2017；Schuman et al.，1999）的植被特性兩個(gè)復(fù)合過程共同影響草地土壤微生物功能基因豐度。

青藏高原是地球“第三極”，海拔在4000 m以上，生態(tài)系統(tǒng)類型豐富（張玉波等，2017），在生態(tài)系統(tǒng)功能和生物多樣性保護(hù)方面都具有重要的作用（劉哲等，2015；董世魁等，2017）。已有文獻(xiàn)研究表明，青藏高原不同植被類型的生物量（王啟基等，1991)、群落結(jié)構(gòu)（楊元合等，2004；魏志成，2016；Gaston，2000）、土壤有機(jī)質(zhì)（De Deyn et al.，2005）、土壤含水量與 pH 值（Alessandra et al.，2019）等存在明顯差異，導(dǎo)致土壤微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變（盧慧等，2018a），進(jìn)而使得功能基因豐度出現(xiàn)差異（盧慧等，2018b；李海云等，2018；Li et al.，2018）。然而，這些研究要么從地上的植被特性來解釋差異性，要么從地下的土壤環(huán)境因子來解釋差異性原因。本文以青藏高原三江源國(guó)家公園的高寒草原、高寒沼澤化草甸和高寒草甸為研究對(duì)象，通過調(diào)查3種草地類型的植被特性，測(cè)定土壤環(huán)境因子；運(yùn)用基因芯片技術(shù)測(cè)定土壤微生物關(guān)鍵功能基因豐度；分析地上植被特性和地下土壤環(huán)境與土壤微生物功能基因豐度之間的關(guān)系，來驗(yàn)證土壤環(huán)境因子和植被特性共同影響青藏高原草地土壤微生物基因豐度的假說。

1 材料與方法

1.1 研究地點(diǎn)

本實(shí)驗(yàn)樣品采自于三江源國(guó)家公園園區(qū)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)樣地中。高寒草原長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)樣地，地處青海省果洛藏族自治州西北部瑪多縣扎陵湖鄉(xiāng)（97°18′57″E，35°1′14″N，海拔 4309 m），該地年平均氣溫為-4.1 ℃，年均降水量為 303.9 mm，此高寒草原長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)樣地中植被類型主要以紫花針茅為建群種，其中常見種有早熟禾、藏嵩草、委陵菜屬、火絨草、棘豆、麻黃等。高寒草甸長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)樣地（94°29′32″E，34°59′43″N，海拔 4400 m）與高寒沼澤化草甸長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)樣地（94°29′20″E ，34°59′36″N，海拔 4500 m）都地處青海省玉樹藏族自治州曲麻萊縣曲麻河鄉(xiāng)，該地年均氣溫為-3.3 ℃，年均降水量在380—470 mm之間。其中高寒草甸長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)樣地植被類型主要以禾本科、莎草科為優(yōu)勢(shì)種，包括的常見種有龍膽科、豆科、毛茛科、玄參科等。高寒沼澤化草甸長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)樣地中植被類型主要以藏嵩草、小嵩草為優(yōu)勢(shì)種，常見種有禾本科、毛茛科、龍膽科等物種。

1.2 取樣方法

在圍欄內(nèi)隨機(jī)選取4個(gè)樣方，對(duì)樣方內(nèi)植被進(jìn)行物種調(diào)查，隨后采集地上生物量；用土鉆鉆取樣方內(nèi)土壤兩層，深度分別為0—10、10—20 cm，用于土壤含水量、土壤微生物量、土壤pH值、土壤速效氮指標(biāo)的測(cè)定；用小鉆進(jìn)行土壤微生物取樣，同一樣方中取三鉆0—10 cm土層樣品，混勻，裝入凍存管后放入液氮保存，用于微生物功能基因的測(cè)定。

1.3 分析方法

1.3.1 植被

群落結(jié)構(gòu)：采用50 cm×50 cm的樣方用樣方法對(duì)植物物種多樣性進(jìn)行調(diào)查。

1.3.2 土壤

土壤含水量（烘干稱重法）：稱取鮮土于鋁盒中，用鼓風(fēng)干燥機(jī)進(jìn)行烘12 h，然后進(jìn)行稱重。

土壤pH值（電位法）：利用0.005 mol·L-1的氯化鉀溶液作為提取劑，通過pH計(jì)進(jìn)行的測(cè)定。

1.3.3 微生物量

氯仿熏蒸浸提法：操作時(shí)，稱取新鮮土樣10.0 g 3份，放入100 mL燒杯中，一起放入干燥器，干燥器底部放入幾張蒸餾水浸濕的濾紙、兩個(gè)分別裝有氫氧化鈉溶液和無乙醇氯仿的小燒杯，并用凡士林封口，用真空泵抽取干燥器中空氣，直至氯仿沸騰，將干燥器在25 ℃黑暗環(huán)境中放置24 h。同時(shí)用另外的干燥器進(jìn)行相同操作，只是不加入氯仿，作為對(duì)照組。最后將培養(yǎng)好的土樣與對(duì)照土樣用0.50 mol·L-1的硫酸鉀溶液浸提，測(cè)定其全氮、全碳后計(jì)算微生物量氮、量碳。

1.3.4 微生物功能基因

在已知的研究中（Cong et al.，2015）描述了在獲得實(shí)驗(yàn)樣品后，首先對(duì)樣品中的微生物總 DNA進(jìn)行提取，之后對(duì)DNA樣品進(jìn)行質(zhì)檢，純化，使用 QIAquick純化試劑盒將每個(gè)樣品純化后的土壤DNA進(jìn)行熒光標(biāo)記，最后與Ceochip 5.0雜交，雜交后通過掃描儀（Roche，Madison，WI，USA）進(jìn)行掃描（Li et al.，2008），后將相對(duì)豐度芯片數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理并分析。其中，GeoChip 5.0是由安捷倫（安捷倫科技公司，SantaClara，CA）制造。

1.4 數(shù)據(jù)分析

1.4.1 基本指標(biāo)分析

Shannon-Wiener指數(shù)（H）用于評(píng)估植被豐富度：

Pi為此物種個(gè)體數(shù)占總個(gè)體數(shù)比例。

Simpson指數(shù)（D）用于評(píng)估植被優(yōu)勢(shì)度的指數(shù)：

Pi為此物種個(gè)體數(shù)占總個(gè)體數(shù)比例；S為物種數(shù)目。

Pielou指數(shù)用于評(píng)估物種分布的均勻度：

H為Shannon-Weiner指數(shù)；S為物種數(shù)目。

1.4.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法

采用Excel 2007對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納整理；利用 SPSS 17對(duì)不同草地類型下植物物種多樣性指數(shù)、土壤環(huán)境因子進(jìn)行單因素方差分析及回歸分析，將上述處理完成的數(shù)據(jù)用Origin2016繪圖。用R 3.5.2對(duì)功能基因豐度相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行Hellinger轉(zhuǎn)換，后用Canoco 5.0進(jìn)行Redundancy analysis（RDA）繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物物種多樣性指數(shù)及土壤環(huán)境因子分析

比較植物物種多樣性指數(shù)發(fā)現(xiàn)，3種高寒草地類型多樣性指數(shù)存在差異，其中高寒草原多樣性指數(shù)較高；且3種高寒草地類型地上生物量也呈現(xiàn)顯著差異，高寒沼澤化草甸地上生物量最高，高寒草甸、高寒草原次之（表1）。微生物所處土壤環(huán)境各不相同，存在明顯差異性，沼澤化草甸的土壤含水量和土壤微生物量碳、土壤速效氮含量最大，土壤pH值最高的是高寒草原，而土壤微生物量氮?jiǎng)t是高寒草甸較高（表2）。由此表明在3種不同高寒草地類型中，地上植被特性、地下土壤環(huán)境因子存在差異性。

表1 不同高寒草地類型下植物物種多樣性分析Table 1 Analysis of Plant Diversity under different alpine grassland types

表2 不同高寒草地類型土壤及土壤微生物理化性質(zhì)分析Table 2 Analysis of soil and soil microbial physicochemical properties of different alpine vegetation

2.2 土壤微生物功能基因豐度

從除趨勢(shì)對(duì)應(yīng)分析（Detrended Correspondence Analysis，DCA）圖看出，不同高寒草地類型功能基因組成充分分離沒有交錯(cuò)，高寒草原、高寒沼澤化草甸和高寒草甸的土壤微生物功能基因豐度存在明顯差異（圖1）。同時(shí)，比較碳循環(huán)、氮循環(huán)、磷循環(huán)和有機(jī)修復(fù)等9個(gè)微生物介導(dǎo)的關(guān)鍵生物過程基因豐度表明：3種草地類型的9種微生物介導(dǎo)的關(guān)鍵生物過程基因豐度存在顯著差異（表3），碳循環(huán)的基因豐度最高，其次是有機(jī)修復(fù)、氮循環(huán)。

圖1 不同高寒草地類型下微生物功能基因DCA排序圖Fig.1 DCA analysis of soil microbial functional genes of different types of alpine vegetation

2.3 土壤微生物功能基因豐度與植被特性相關(guān)關(guān)系

將C循環(huán)、N循環(huán)、P循環(huán)、有機(jī)修復(fù)這四類土壤微生物功能基因豐度與植物物種多樣性指數(shù)、地上生物量進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)隨著香濃維納指數(shù)、辛普森指數(shù)、Pielou指數(shù)增加，四類循環(huán)的功能基因豐度呈先遞減后增加趨勢(shì)，且解釋率在57.1%—61.2%之間，但在統(tǒng)計(jì)學(xué)上不顯著（圖2），說明地上植被群落結(jié)構(gòu)對(duì)土壤微生物功能基因豐度的影響較小；而隨著地上生物量增加這四類土壤微生物功能基因豐度增大，解釋率達(dá) 77.5%—80.0%，且關(guān)系顯著（P＜0.05）（圖3），說明地上生物量作為土壤微生物供能源對(duì)微生物基因豐度的影響是明顯存在的?？傮w來看，這四類功能基因豐富度隨植物物種多樣性變化產(chǎn)生的改變與隨地上生物量變化產(chǎn)生的改變是相反的（圖2、3）。

2.4 土壤微生物功能基因豐度與土壤環(huán)境的相關(guān)關(guān)系

將C循環(huán)、N循環(huán)、P循環(huán)、有機(jī)修復(fù)這四類土壤微生物功能基因豐度與土壤水分、pH值、土壤速效氮含量進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，其中pH值對(duì)微生物功能基因豐度解釋率最高值在 83.4%—87.5%間，關(guān)系極顯著（P＜0.01），且微生物功能基因豐度隨土壤pH值的增加而降低，表明土壤微生物功能基因豐度可隨土壤酸堿性的改變而發(fā)生改變。土壤微生物功能基因豐度隨土壤含水量、土壤速效氮含量的增加而增加，這兩者對(duì)微生物功能基因豐度的解釋率分別為81.9%—83.1%和71.3%—73.2%，其中土壤含水量與土壤微生物功能基因豐度呈顯著相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），但土壤速效氮含量與土壤微生物功能基因豐度并無顯著相關(guān)關(guān)系（圖4）。說明在土壤環(huán)境中，pH、土壤含水量作為非生物因子，影響著土壤微生物功能基因豐度。此外，由圖5總體可看出土壤微生物功能基因豐度隨土壤微生物量的增加而增加且呈顯著相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），其中土壤微生物量碳含量對(duì)土壤微生物功能基因豐度的解釋率在76.8%—80.6%之間，土壤微生物量氮對(duì)功能基因豐度的解釋率在80.6%—85.2%之間，得出土壤微生物量也是影響土壤微生物功能基因豐度的影響因素（圖5）。表明，在土壤環(huán)境中，土壤含水量、土壤pH、土壤微生物量作為土壤理化因子影響了土壤微生物功能基因的豐度。

2.5 土壤微生物功能基因豐度與植被特性、土壤環(huán)境間的Redundancy analysis（RDA）分析

通過RDA進(jìn)一步分析可看出，參與碳循環(huán)、氮循環(huán)的微生物功能基因豐度與地上生物量、土壤微生物量、土壤速效氮含量呈正相關(guān)關(guān)系，其中微生物量對(duì)這兩類微生物功能基因豐度影響顯著，地上生物量、土壤速效氮次之。而參與磷循環(huán)、有機(jī)修復(fù)的微生物功能基因豐度與植物物種多樣性指數(shù)、土壤pH呈正相關(guān)關(guān)系，其中土壤pH是影響這兩類微生物功能基因豐度的主要影響因素?？傮w來看，對(duì)這四類微生物功能基因豐度有影響的因素排序依次是土壤pH、微生物量、地上生物量、土壤速效氮、植物物種多樣性指數(shù)，表明土壤微生物功能基因豐度受地上植被特性和地下土壤環(huán)境同時(shí)影響（圖6）。

表3 不同高寒草地類型土壤微生物功能基因豐度Table 3 Abundance of functional genes of soil microorganisms in different alpine grassland types

圖2 不同高寒草地類型微生物功能基因豐度與植物物種多樣性相關(guān)關(guān)系Fig.2 Relationship between microbial functional gene abundance and plant species diversity in different alpine grassland types

圖3 不同高寒草地類型微生物功能基因豐度與地上生物量相關(guān)關(guān)系Fig.3 The relationship between microbial functional genes and aboveground biomass in different alpine grassland types

圖4 不同高寒草地類型土壤微生物功能基因豐度與pH、水分、速效氮相關(guān)關(guān)系Fig.4 Correlation between soil microbial functional gene abundance and pH,water,Rapidly available nitrogen in different alpine grassland types

圖5 不同高寒草地類型土壤微生物功能基因豐度與微生物量碳、量氮間的相關(guān)關(guān)系Fig.5 Correlation between microbial functional gene abundance and microbial biomass carbon and biomass nitrogen in different alpine grassland types

圖6 土壤微生物功能基因豐度與植被特性、土壤環(huán)境間的RDA分析圖Fig.6 The RDA analysis of soil microbial function gene abundance and vegetation characteristics and soil environment

3 討論

本文通過Geochip 5.0技術(shù)對(duì)青藏高原3種高寒草地類型進(jìn)行土壤微生物功能基因豐度的測(cè)定，發(fā)現(xiàn)3種高寒草地類型土壤微生物功能基因豐度存在差異，其中高寒沼澤化草甸碳循環(huán)、氮循環(huán)、磷循環(huán)、有機(jī)修復(fù)等功能基因豐度最高，高寒草甸、高寒草原基因豐度次之（圖1、表3），且這些差異由地下植被特性（如：地上生物量、多樣性）和地下土壤環(huán)境因子（如：PH，水分，土壤微生物量）共同差異而產(chǎn)生的，支持了我們提出的假說。

3.1 地下土壤環(huán)境與土壤微生物功能基因豐度

土壤為土壤微生物提供了生存環(huán)境，其理化性質(zhì)的不同會(huì)導(dǎo)致土壤微生物群落結(jié)構(gòu)出現(xiàn)差異性（Galloway et al.，2008）。Carney et al.（2005）提出，土壤微生物循環(huán)過程中微生物可通過自身，為參與地球化學(xué)循環(huán)過程供能，微生物量越多，基因豐度越高，可促進(jìn)微生物分解能力（Xue et al.，2016）。本文通過分析青藏高原三江源地區(qū)草地的土壤微生物量與基因豐度關(guān)系也證實(shí)了這一點(diǎn)，土壤微生物量越多，其基因豐度越高（圖5），并且由于土壤微生量存在差異（表2），相應(yīng)的微生物功能基因豐度也顯著差異（表3）。因此，土壤環(huán)境中微生物量作為一部分能源供給，其改變使微生物功能基因豐度也發(fā)生改變。同時(shí)，Ge et al.（2008b）和侯海軍等（2014）認(rèn)為pH和水分是影響微生物數(shù)量及功能基因豐度的重要土壤理化因子。水分作為微生物循環(huán)過程的主要載體，驅(qū)動(dòng)著元素的循環(huán)（Ren et al.，2017；孫欣，2015），而pH的不同改變了水分的酸堿性，造成了基因豐度的差異（Cao et al.，2016），本文研究表明土壤pH作為土壤環(huán)境因子與微生物功能基因豐度存在顯著相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），且土壤微生物功能基因豐度隨土壤pH上升呈下降趨勢(shì)（圖4）。水分作為循環(huán)過程的載體與微生物功能基因豐度也存在相關(guān)性，隨著土壤含水量的增加微生物功能基因豐度也呈增長(zhǎng)趨勢(shì)（圖4）。由此得出，土壤pH、土壤微生物量、土壤含水量作為地下土壤環(huán)境因子影響了微生物功能基因豐度使其出現(xiàn)差異性（圖4、表3），表明土壤環(huán)境中pH、土壤微生物量、土壤含水量等理化因子是影響微生物功能基因豐度的關(guān)鍵因素之一。

3.2 地上植被特性與土壤微生物功能基因豐度

植物和微生物作為陸地生態(tài)系統(tǒng)重要的紐帶，它們之間的相互作用在生態(tài)系統(tǒng)中是不可缺少的（蔣婧等，2010）。Chen et al.（2019b）認(rèn)為植物物種多樣性與土壤微生物功能基因豐度之間存在密切相關(guān)關(guān)系，并強(qiáng)調(diào)植物物種多樣性在維持地下生態(tài)系統(tǒng)功能中起著不可替代的作用。已有研究表明，不同植被類型改變了微生物的群落結(jié)構(gòu)（Zhang et al.，2013），從而影響了菌群的豐富度和均勻度（王超等，2019），使功能基因的豐度出現(xiàn)差異性（Rocca et al.，2015；Wood et al.，2015）。但本文研究發(fā)現(xiàn)地上植物物種多樣性與功能基因豐度雖存在相關(guān)性，且土壤微生物功能基因豐度隨著植物物種多樣性的增加呈下降趨勢(shì)，但生物學(xué)統(tǒng)計(jì)不顯著（圖2）。說明在本研究中地上植物物種多樣性對(duì)土壤微生物功能基因豐度的影響不明顯，這與 Guo et al.（2018）研究結(jié)果一致，且此研究進(jìn)一步指出（Guo et al.，2018），隨著年限的增長(zhǎng)土壤微生物功能基因豐度才會(huì)因植被群落結(jié)構(gòu)有差異而發(fā)生改變，有待后續(xù)證實(shí)。此外，微生物在分解過程中需要凋落物提供營(yíng)養(yǎng)完成循環(huán)過程，地上生物量越豐富給地下微生物提供的能量就越多，微生物數(shù)量也會(huì)增加（Deng et al.，2019；Li et al.，2017b）。本文將地上生物量與微生物功能基因豐度進(jìn)行回歸分析發(fā)現(xiàn)，地上生物量與功能基因豐度存在顯著相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），微生物功能基因豐度隨地上生物量的增加呈上升趨勢(shì)（圖3），且通過比較3種高寒草地類型地上生物量發(fā)現(xiàn)，高寒沼澤化草甸地上生物量最高，高寒草原、高寒草甸次之，使草地類型對(duì)應(yīng)的土壤微生物功能基因豐度也是高寒沼澤化草甸最高，高寒草甸、高寒草原次之（表1、表3），表明地上生物量作為能量來源，是控制微生物功能基因豐度存在差異的影響因子。

3.3 土壤微生物功能基因豐度控制因子

本文通過用RDA分析發(fā)現(xiàn)土壤pH、微生物量、地上生物量是影響微生物功能基因豐度的主要因素（圖 6）。有研究指出，地上植被群落結(jié)構(gòu)差異（Wang et al.，2017）改變了pH、水分等環(huán)境（Li et al.，2017a；Bardgett et al.，1999）。本研究中 3個(gè)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)樣地植被群落組成、年均降雨量、年均溫存在明顯不同，使土壤貯存的含水量出現(xiàn)差異（表2），進(jìn)一步改變了土壤酸堿度（表2）。而土壤pH作為環(huán)境因子其改變間接地改變了地下生態(tài)過程（De Deyn et al.，2005；Gladys et al.，2006）。因此，本文將土壤pH與微生物功能基因豐度作回歸分析，發(fā)現(xiàn)土壤微生物功能基因豐度與這兩種環(huán)境因子存在顯著相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），其中土壤微生物功能基因豐度隨pH的增加而減少，說明土壤環(huán)境因子的改變會(huì)改變微生物功能基因豐度（圖4）。Bardgett et al.（1999）指出不同草地類型下植被覆蓋度不同使土壤溫度、濕度出現(xiàn)差異，進(jìn)一步影響了土壤微生物量的含量（文都日樂等，2010；Bardgett et al.，1999），從而改變了微生物功能基因豐度。其中土壤微生物量作為土壤有機(jī)質(zhì)的一部分，為土壤參與循環(huán)過程提供了能量，而土壤有機(jī)質(zhì)主要由地上植被凋落物沉積所提供的（Xue et al.，2016）。通過研究發(fā)現(xiàn)青藏高原3種不同的高寒草地類型中，地上生物量存在明顯差異（表1），地上生物量的不同改變了土壤有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)一步影響了土壤微生物量（表2），將地上生物量、土壤微生物量分別與微生物功能基因豐度進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)微生物功能基因豐度隨兩者的增加而增加（圖 3、5），表明地上生物量、土壤微生物量作為供能源，其不同會(huì)改變微生物功能基因豐度。綜上所述，地上植被特性因子地上生物量作為自上而下控制因子，土壤環(huán)境因子pH和土壤微生物量作為自下而上的控制因子共同作用于土壤微生物功能基因豐度，導(dǎo)致不同植被類型之間的土壤微生物功能基因豐度存在差異。

4 結(jié)論

本文基于 Geochip 5.0技術(shù)分析了三江源國(guó)家公園地區(qū)高寒草原、高寒沼澤化草甸、高寒草甸 3種不同草地類型土壤微生物功能基因豐度的差異性。通過探索青藏高原高寒草地類型地上植被特性、地下土壤環(huán)境與土壤微生物功能基因之間關(guān)系，發(fā)現(xiàn)地下土壤環(huán)境因子pH、水分、微生物量對(duì)功能基因豐度有顯著影響（P＜0.05）；地上植被特性中地上生物量與功能基因豐度存在顯著相關(guān)關(guān)系（P＜0.05）。在生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)過程中微生物分解作用需要能量供給和運(yùn)動(dòng)載體，地上植被的生物量是能量的主要來源，它通過凋落物與根際沉積返還到土壤，為微生物提供分解所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而pH大小調(diào)節(jié)土壤酸堿度影響微生物活動(dòng)能力，地下土壤水分是微生物分解運(yùn)動(dòng)過程的載體。因此，我們認(rèn)為地下植被特性（如：地上生物量、多樣性）和地下土壤環(huán)境因子（如：pH，水分，土壤微生物量）共同差異引起土壤微生物功能基因豐度不同，自上而下的地上植被特性和自下而上的地下土壤環(huán)境兩個(gè)復(fù)合因子影響青藏高原草地土壤微生物功能基因豐度。通過本文研究進(jìn)一步提出有關(guān)猜想，植被特性中不同草地類型地上生物量可為微生物循環(huán)過程提供能量造成微生物功能基因豐度出現(xiàn)差異性，但造成這一差異性出現(xiàn)的原因是否與植被質(zhì)量，如纖維素、半纖維素、木質(zhì)素含量的不同有關(guān)。此猜想會(huì)通過進(jìn)一步研究在后續(xù)文章證實(shí)。