土壤是地球上大多数生物生存和发展的基础载体，是地球表层系统中生物多样性最丰富的生命层。土壤微生物作为土壤生态系统中最为活跃的一部分，是参与生物地球化学循环的重要动力，对维持土壤生态系统稳定性、生态修复等具有一定作用。细菌是土壤中数量最多、分布最广泛的微生物类 群，在土壤生态过程中发挥重要的作用；真菌不仅与植物共生，也是有机物的重要分解者之一。二者均是表征环境变化的敏感指标，常用于预测土壤养分和环境质量的变化。大量研究证明土地利用方式是影响土壤微生物生物量及群落结构的重要因子。
实验方法
（1）样地设置与样品采集
将一块典型黑土退化农田划分为 3 个地块，采取不同的土地利用恢复方式，形成裸地、农田和草地三种生态系 统。具体设置如下：草地（Grassland），无任何肥料投入或耕作，自然恢复为草原化草甸植被，植被自然生长还田，无人为干扰；（农田 （Cropland），采用传统耕作方式，不施用任何肥料以减少土壤继续退化程度；裸地（Bareland），定期将作物地上部分铲除，保持无植被覆盖。作物收获后采集土壤样品，一部分用于测定土壤理化性质，一部分保存在–80℃冰箱用于土壤微生物测定。
（2） 土壤理化指标测定
土壤含水量用干燥法测定，土壤 pH 用 pH 计测定，土壤有机质采用重铬酸钾氧化—外加热法测定，土壤全氮采用凯氏定氮法测定，土壤阳离子交换量使用醋酸铵法测定，土壤碱解氮用碱解扩散法测定，土壤有效磷用钼锑抗比色法测定，土壤速效钾用火焰光度法测定。
（3） 土壤微生物测序
称取0.5 g土壤，提取土壤DNA，使用特异性引物，上游引物为 1132R（5'-GGGTTGCGCTCGTTGC5- 3'），下游引物为 1108F（5'-ATGGYTGTCGTCAGCT CGTG-3'），分析 16S rRNA 基因的拷贝数。使用引物为 515F （5'-GTGCCAGCMGCCGCGG-3'）和 907R（5'-CCG TCAATTCMTTTRAGTT-3'）扩增土壤细菌 16S rRNA 基因的V4～V5区，基于 Illumina MiSeq 测序平台进行高通量测序。
结果与分析
（1）长期不同利用方式对黑土区土壤理化性质的影响
与裸地土壤相比，长期作物种植和自然杂草显著提高了黑土裸地有机质含量。土壤 pH、碱解氮、有效磷和速效钾含量与土壤有机质呈现相似的变化规律。裸地中持续去除植被带走土壤中的碱性阳离子，使土壤 pH 不断降低，而农田和草地植物源有机物料在土壤中分解会释放 OH– 离子，抑制土壤酸化。草地土壤含水量显著高于裸地土壤，但和农田土壤无显著差异性，主要由不同植被覆盖造成。此外，阳离子交换量在三个长期不同土地利用黑土中无显著差异，这与早期多数研究表明阳离子交换量主要受到有机质影响的结果不同，可能原因是本研究土壤背景相同，且黑土土壤有机质远高于其他类型土壤，不是制约阳离子交换量变化的影响因素。
（2）长期不同利用方式对黑土区土壤微生物丰度的影响
利用土壤中16S rRNA 基因拷贝数评估微生物丰度，典型黑土区经过无植被覆盖、作物种植和自然杂草生长，草地和农田土壤微生物丰度显著高于裸地，表明植物残体进入土壤后，强烈刺激了微生物生长。草地的杂草类型多样，其植物残体和凋落物的组成丰富，同时也可能产生类型各异的根系分泌物，刺激微生物生长。相反，长期 玉米-大豆-小麦轮作种植过程中，秋季移除地上部分，仅有农作物凋落物、根系分泌物及少量的作物残体进入土壤，对微生物生长的刺激效应可能低于草地杂草。
（3） 长期不同利用方式对黑土区土壤微生物群落结构的影响
通过高通量测序 16S rRNA 基因（图a）发现：经过长期不同处理形成的裸地、农田和草地土壤中共检测出 26 个微生物门，其中变形菌门 、酸杆菌门和放线菌门的相对丰度均大于 19%，且 在三个处理土壤中无显著性差异。在微生物分类属的水平，长期不同土地利用方式形成的裸地、农田和草地土壤中共检测到 228 个 微生物属，其中有 54 个微生物属的相对丰度具有显著差异性（图b），这些微生物属的分布规律明显不同，且大多为丰度较低的微生物。
（4） 长期不同利用方式对黑土区土壤微生物群落演替的环境驱动机制
通过冗余分析（RDA）耦合土壤微生物群落与理化性质表明，典型黑土区土壤经过无植被覆盖的裸地、作物种植和杂草自然生长后土壤微生物群落结构发生了显著分异，RDA 第一排序轴和第二排序轴分别解释土壤微生物变异量的 51.9%和 24.9%，表明土壤理化性质可解释土壤微生物分异的76.8%。裸地土壤微生物群落主要受土壤含水量的影响，农田土壤主要受到阳离子交换量的影响，而草地土壤微生物群落主要影响因素是土壤碱解氮、速 效钾、有效磷、全氮、pH 和有机质。Granulicella 微生物属与土壤理化性质及其他微生物属关联性最强，表明该微生物属可作为指示菌群，评估黑土环境变化。
综上所述，黑土区经过无植被覆盖、轮作不施肥农田和自然植被生长的土地利用方式，土壤理化性质和微生物群落发生显著分异。与裸地土壤相 比，农田和草地土壤中有机质等养分含量显著增加， 微生物丰度显著提高，且农田微生物丰度显著低于草地土壤。同时，裸地、农田和草地土壤中的优势 微生物类群基本一致，但其群落结构具有显著差异， 主要的环境驱动力可能包括阳离子交换量、全氮、 有机质、碱解氮、有效磷和速效钾。
