土壤微生物是驱动土壤生态系统中物质转化和养分循环的重要因子^［1］。土壤微生物种类繁多，代谢功能潜力较高，参与土壤中有机质分解、元素转化与循环以及腐殖质分解等过程的维护和调节。土壤微生物对于环境的变化极其敏感，其多样性是衡量土壤环境稳定性的重要指标^［2］，不但能有效表征土壤生态环境的转变，而且能揭示微生物群落的功能差异性^［3］。根际指植物根系周围的土壤区域，是土壤、根系和微生物互相作用的微域环境^［4］。根际微生物作为土壤-植物根系间养分转化和运输的调节器，可通过自身代谢为植物供给营养物质，促进植物生长^［5］。因此，研究根际土壤微生物群落多样性及其功能，有助于了解植物、土壤微生物及其与环境之间的关系。近年来，高通量测序技术作为新一代测序技术，发展迅猛，可以精准揭示土壤中微生物的菌群结构及功能，揭示复杂环境中土壤微生物群落的复杂性与多样性，在环境微生物中广泛应用^［6-8］。

芦苇（Phragmites australis）系典型的禾本科长根茎无性系植物，分布广泛，繁殖能力强，多生长于沼泽、河堤、荒漠和盐碱区等地^［9］。芦苇是河西走廊地区植被的主要建群种，主要分布于湿地、沙地及盐碱地中^［10］。芦苇根系发达，串联交织，可以固定流沙，遏制土地荒漠化，有利于河西走廊地带植被的恢复与重建。近年来，对芦苇的研究主要在生理生态^［11-12］和抗逆生理^［13-15］等方面，有关芦苇根际土壤微生物群落方面的报道较少。虽然有少量关于河西走廊地区土壤微生物多样性的研究^［16］，但是尚未有绿洲-荒漠过渡带沙丘芦苇根际土壤理化性质和微生物群落多样性的研究报道。

本文以河西走廊绿洲-荒漠过渡带芦苇根际土壤为研究对象，采用Illumina MiSeq高通量测序技术测定和分析其微生物群落的结构和多样性，探究其与根际土壤理化性质之间的相互作用，以便为荒漠-绿洲过渡带的植被建设与生态安全提供理论依据。

研究区（36°05′N、103°41′E，图1）位于青藏高原和内蒙古高原交汇处，河西走廊中段、张掖市临泽县廖泉镇附近绿洲-荒漠过渡带，北与巴丹吉林沙漠毗邻。年平均气温8.6 ℃，平均海拔1 421 m，属大陆性温带荒漠型气候，年均降水量118.4 mm，无霜期176 d^［17］。研究区土壤为灰棕漠土，质地较粗，易受风蚀沙化，保水保肥能力差，结构松散，容易被暴雨冲蚀。主要地貌类型为风沙地貌，按照沙丘的固定程度，可分为丘间平地、半固定沙丘和固定沙丘。

选取不同固定程度的沙地生境，包括半固定沙丘迎风坡（Y-S）、半固定沙丘背风坡（B-S）、固定沙丘（G-S）和丘间平地（P-S）；在每个生境设置3个5 m×5 m的样方；在每个样方内按对角线5点取样法，用铁铲清除芦苇植株根部周围的凋零物，沿着芦苇的根部向下挖掘，采集芦苇根部附近0—20 cm的根际土，混合均匀后为一份土壤样品；每个样方至少相隔10 m，共计3个重复。土样使用无菌专用袋密封包装，一部分带回实验室自然风干过筛，用于测定土壤的理化性质；另一部分用泡沫箱密封和冷藏处理后送上海派森诺测序公司进行微生物群落测序。

土壤pH值测定采用电位测定法（水土比为5∶1）；碱解氮含量测定采用碱解扩散法；有机质含量测定采用重铬酸钾容量法；速效磷测定采用碳酸氢钠-钼锑抗比色法^［18］。

采用Power Soil DNA Isolation kit提取试剂盒（MOBIO），称取0.5 g土样，按试剂盒说明书提取供试土壤的DNA。用0.8%琼脂糖凝胶电泳对DNA的质量进行检测，测定DNA的纯度和浓度。

样品总DNA提取后，对细菌16S rRNA区和真菌ITS区进行PCR扩增：细菌引物序列为27F（5'-AGAGTTTGATCMTGGCTCAG-3'）和1492R（5'-ACCTTGTTACGACTT-3'）；真菌引物序列为ITS1F（5'-CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA-3'）和LR3（5'-CCGTGTTTCAAGACGGG-3'）。PCR扩增反应条件为：98 ℃下预变性2 min；98 ℃变性15 s，55 ℃下退火30 s，72 ℃下延伸30 s，25个循环；72 ℃下延伸5 min。

用2%的琼脂糖凝胶电泳对PCR产物进行检测，PCR产物的回收采用AXYGEN公司的凝胶回收试剂盒，待测定后产物的浓度和特异性合格后，采用上海派森诺生物科技有限公司Illumina Miseq测序平台对群落DNA片段进行双端（Paired-end）测序，然后通过QIIME软件去引物，质量过滤，去噪，拼接和去嵌合体，从而获得高质量的序列。在97%相似度水平对所有样品的有效序列进行聚类，对OTU的代表序列进行物种注释，绘制各个样品在各个水平上的相对丰度。

在97%相似度水平通过QIIME2软件对高质量序列聚类，根据样本序列物种分类学注释的结果，统计各个样本的物种在门、纲、目、科、属和种分类水平上的分类单元数量。运用QIIME2软件计算各样本微生物群落的α多样性指数，以表征物种的丰富度、多样性及均匀度。采用Ｒ软件绘制各分类学水平上的细菌和真菌基因序列的Venn图、热图及层次聚类树图。采用CANOCO5.0软件对环境因子与微生物群落结构进行冗余分析（Redundancy analysis）。

研究区4种沙地芦苇根际土壤的pH值为8.70—8.98，均呈碱性（表1）；迎风坡的土壤pH值显著低于丘间平地（P<0.05），但是与背风坡和固定沙丘的不存在显著性差异。芦苇根际土壤有机质含量从高到低依次为丘间平地>固定沙丘>背风坡>迎风坡，迎风坡、背风坡和固定沙丘的含量与丘间平地的含量差异性显著（P<0.05）。速效磷含量从高到低依次为丘间平地>固定沙丘>背风坡>迎风坡，迎风坡和丘间平地间存在显著性差异（P<0.05）；碱解氮含量由大到小依次为丘间平地>固定沙丘>背风坡>迎风坡，且4个生境的含量之间存在显著性差异（P<0.05），丘间平地碱解氮含量比迎风坡、背风坡和固定沙丘的分别高20.32%、53.63%和79.66%。

样本的α多样性分析可以反映样品内微生物群落的丰富度和多样性。由表2、3可见，所有个体的覆盖度指数（Goods-coverage指数）在0.9526—0.9999，说明本研究的测序结果已足够反映当前样本所包含的多样性。Chao1指数和Observed-species指数表示土壤中微生物群落的物种丰富度，Shannon指数表示微生物群落的多样性程度，而Pielou-e指数则反映了微生物群落的均匀度。

固定沙丘芦苇根际土壤细菌的Chao1指数、Shannon指数、Observed-species指数和Pielou-e指数均高于其他3种沙丘生境：Chao1指数为G-S>P-S>B-S>Y-S；Shannon指数显示，G-S根际土壤的细菌多样性最高，Y-S的最低，且两者之间的差异性显著（P<0.05）；Pielou-e指数表明，4个生境群落的均匀度中P-S生境的最大，且4个生境间均呈显著性差异（P<0.05）；Observed-species指数表明，G-S根际土壤微生物的物种数目最多，而Y-S生境的物种数目最少，且与其他3个生境物种数目差异性显著（P<0.05）。4个生境中G-S的物种丰富度和多样性高于其他生境，但群落均匀度表现为Y-S高于其他3个生境。

由表3可知，真菌群落的Chao1和Observed-species指数从高到低均为G-S>Y-S>P-S>B-S，即固定沙丘的物种丰富度最高，与其他3个生境之间存在显著性差异（P<0.05）。相比之下，平地的Shannon指数和Pielou-e指数最高，表明平地真菌的物种丰富度和均匀度最高。这说明4个生境的真菌的物种丰富度指数为G-S高于Y-S、B-S和P-S；而物种多样性和均匀度指数为G-S低于P-S。

图2表明，4个生境共有的细菌OTUs数量为22，Y-S、B-S、G-S和P-S特有的OTUs数量分别为382、595、775和758，可见固定沙丘和丘间平地的OTUs数量最多；4个生境共有真菌的OTUs数量为8，而Y-S、B-S、G-S和P-S特有的OTUs数量分别为59、50、83和63，可见细菌和真菌群落的OTUs数量皆为固定沙丘最高。

4个生境的根际土壤中共有17门36纲66目112科198属358种细菌。图3表明，各生境细菌群落在门分类水平上具有较高的多样性，相对丰度位于前10的分别为变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、酸杆菌门（Acidobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）、浮霉菌门（Planctomycetes）、栖热菌门（Deinococcus-Thermus）、硝化螺旋菌门（Nitrospirae）和蓝细菌门（Cyanobacteria），其他类群的相对丰度占比为14.77%—25.74%。变形菌门、放线菌门和厚壁菌门为优势菌群，在Y-S、B-S、G-S和P-S4个生境中的相对丰度：变形菌门分别为34.66%、35.94%、31.07%和43.38%，在丘间平地中的相对丰度最高；放线菌门分别为37.05%、31.57%、24.73%和17.76%，在迎风坡的相对丰度最高；厚壁菌门分别为6.09%、4.96%、12.29%和5.78%，在固定沙丘中的相对丰度最高。

4个沙地生境土壤样品中共有2门8纲13目12科20属25种真菌。图4表明，门分类水平上以子囊菌门（Ascomycota，17.48%—58.69%）和担子菌门（Basideiomycota，1.07%—9.80%）最丰富。子囊菌门为4个沙地生境共有的优势菌门，G-S中的相对丰度最高（58.69%），分别较Y-S（37.79%）、B-S（40.43%）和P-S（17.48%）高55.31%、45.16%和235.76%。担子菌门的相对丰度较高，在Y-S、B-S、G-S和P-S中分别为4.15%、1.07%、2.02%和9.80%，为丘间平地最高。

图5表明，B-S和Y-S细菌群落间的分支长度较短，即细菌群落组成差异较小；这两个生境的土壤细菌群落结构和G-S的分支长度较长，即细菌群落间的差异较大。这表明Y-S和B-S生境土壤细菌群落结构较为相似，和G-S细菌群落多样性具有差异性。G-S和Y-S的真菌群落间的分支长度较短，即真菌群落组成差异较大；而和P-S的真菌群落的分支长度较长，即真菌群落间组成差异较大。表明G-S和Y-S土壤真菌群落结构较为相似，和P-S的群落结构具有差异性。

图6A表明，第一轴对土壤细菌变化的解释达33.3%，第二轴对土壤细菌变化的解释达12.4%，两者解释了土壤细菌群落组成45.7%的变异。土壤pH值是影响变形菌门、蓝细菌门和绿弯菌门的主要因子；碱解氮含量是影响厚壁菌门和酸杆菌门的主要因子；放线菌门、拟杆菌门、浮霉菌门和栖热菌门均与4个环境因子呈负相关。图6表明，第一轴和第二轴对真菌变化的解释率分别为11.02%和2.52%；子囊菌门和土壤理化性质均呈负相关；担子菌门与4个环境因子均呈正相关，其中碱解氮AN 对担子菌门的影响最大。

土壤养分（有机质、氮素和磷素等）含量是衡量土壤质量的重要指标，土壤pH值是影响土壤肥力的重要因素。芦苇在河西走廊绿洲-荒漠过渡带不同沙地生境均有分布，但不同生境土壤肥力和植被生长状况存在差异。半固定沙丘地表植被稀少，地表大部分处于裸露状态，风沙活动强，而背风坡较迎风坡受到的风沙危害小，土壤质量好；固定沙丘地上部分植物生物量大，植物的枝叶等凋零物可为植物根际土壤供给丰富的营养物质；丘间平地的土壤表层往往形成一层较为坚硬的结皮，土壤通透性变差，风速相对较小，导致土壤的蒸发量降低，因而植被覆盖率大。

研究区不同沙地的土壤理化性质存在明显差异，芦苇根际土壤的有机质、碱解氮和速效磷含量均随着沙丘固定程度的增加呈增大趋势。刘铁山^［19］对浑善达克沙地南缘榆树疏林草地植被特征的研究表明，3种立地类型中土壤有机质含量、全氮含量及含水量，均为平地最高，背风坡次之，迎风坡的含量最小。高江力^［20］对中国北方5个荒漠区域的优势物种小叶锦鸡儿根际土壤的研究表明，固定沙丘根际土壤具有显著高于半固定和流动沙丘的TOC和全P。关于科尔沁沙地沙丘恢复过程中典型灌丛下土壤特性的研究表明，有机质、全N、全P、速效N和速效P含量等从低到高依次为半流动沙丘<半固定沙丘<固定沙丘<固定沙丘丘底^［21］。本研究发现丘间平地和固定沙丘芦苇根际土壤中有机质、碱解氮和速效磷等含量较高，半固定沙丘迎风坡和背风坡的含量较低，与上述研究结果一致。随着沙丘固定程度增加，沙丘表层的生物结皮逐渐形成并进一步发育，有助于防风固沙、保持水土，防止土壤养分含量流失，改善土壤肥力，即生物结皮有助于土壤养分富集^［22］；4个生境中平地的表层结皮较厚，因此丘间平地土壤的养分含量最高。

根际土壤微生物是联系地上植物群落与根际土壤养分循环的重要纽带，对维持土壤生态系统功能和地上部分生物多样性具有重要意义^［23］。细菌是土壤微生物中数量最大的类群，参与土壤生态系统能量流动和养分循环。喀斯特阔叶林土壤微生物丰富度和多样性研究^［24］和毛乌素沙地锦鸡儿根系细菌群落多样性研究均表明^［25］，在门分类水平上，各样地土壤细菌均以变形菌门、放线菌门和拟杆菌门等为优势菌群。代金霞等^［26］发现，银北盐渍化土壤中6种耐盐植物根际细菌群落结构中，厚壁菌门、变形菌门和放线菌门为优势菌群，其中厚壁菌门为主要的优势菌群，其相对丰度远高于其他菌群。本研究同样发现，4个沙地生境芦苇的根际土壤中变形菌门、放线菌门和厚壁菌门为主要优势菌群，相对丰度占比较大。放线菌门是干旱半干旱区中分布较广的类群，其菌丝体可以降解土壤中的难溶性物质，为细胞提供养分，在养分循环和改良土壤生产力等方面发挥着重要的作用^［27］。厚壁菌门在4个沙地生境中的丰度也较高，是盐渍化土壤的优势类群^［28-29］，其中的许多细菌能适应环境胁迫，如干旱和盐碱等，很多厚壁菌可以产生具有较高耐盐性的芽孢。李岩等^［30］研究发现，厚壁菌门的丰度在黑果枸杞和里海盐爪爪根际土壤中的丰度较葡萄和野燕麦等非盐生植物中的高，表明其能够在盐碱条件下生长和繁殖，具有较强的耐盐性。本研究发现4个生境中芦苇根际土壤细菌的优势类群相对丰度存在差异，变形菌门在平地土壤中具有更高的丰度，因为变形菌门是革兰氏阴性菌，繁殖快，更适合富营养的环境^［20］。其他菌门虽然在芦苇根际土壤中都有分布，但相对丰度都比较低，不同生境根际土壤理化性质以及地表植物覆盖度的不同，可能是导致其他菌门相对丰度较低的原因 。

土壤真菌是土壤微生物的重要组成部分，分布广泛，种类丰富，其物种多样性在维持生态系统的平衡中起着关键作用。子囊菌门在全球的土壤真菌物群落中占主导地位，担子菌门的丰度和多样性仅次于子囊菌门^［31］。在本研究中，子囊菌门和担子菌门为4个沙地生境共有的优势菌门。子囊菌门和担子菌门是土壤有机质的重要分解者，可促进土壤的养分循环，在植物生长过程中发挥重要作用。其中，子囊菌门多为土壤腐生菌，对降解复杂有机质起着关键作用，担子菌门分解木质和纤维素等难分解物质的能力更强^［32］。子囊菌门在4个生境根际土壤中的丰度较高，说明芦苇根际土壤真菌主要以子囊菌门为主。担子菌在芦苇覆盖度较高的平地生境中的相对丰度最高，对根际土壤的凋落物的腐解程度大，使土壤有机养分含量升高，促进了芦苇生长。不同沙地生境土壤细菌和真菌群落的种类在受到沙丘类型的影响下变化不大，但是其相对丰度受到了显著的影响。4个生境的微生物的物种丰富度和多样性指数为固定沙丘高于半固定沙丘和丘间平地，这可能由于固定沙丘的沙丘移动范围较小，土壤性质好，为土壤微生物提供了更多的有利条件。4个沙地生境中，丘间平地的土壤养分含量最高，但土壤微生物的OTUs数目较固定沙丘的少，可能是由于丘间平地土壤表层有紧实的结皮，影响水分入渗，抑制了植物地上部分的生长发育，进而影响根际微生物的养分供给，从而减小了平地土壤中微生物群落的多样性^［33］。细菌和真菌群落与环境因子的相关性分析表明，芦苇根际土壤细菌和真菌群落的多样性与土壤有机质、速效磷、碱解氮含量及pH值存在不同程度的相关性，表明它们为影响芦苇根际土壤细菌和真菌群落多样性的重要因素^{［20，29，34］}，尽管各种环境因子对土壤微生物多样性的影响是复杂多样的。

河西走廊绿洲-荒漠过渡带不同沙地生境芦苇根际土壤的理化性质存在显著差异。有机质、碱解氮和速效磷含量均随着沙丘固定程度的增加而增大，丘间平地最高，固定沙丘次之，半固定沙丘背风坡再次之，迎风坡含量最小。4个沙地生境芦苇根际土壤存在17门36纲66目112科198属358种细菌和2门8纲13目12科20属25种真菌。

4个沙地生境芦苇根际土壤微生物群落多样性存在明显差异，细菌和真菌群落的OTUs数量皆为固定沙丘最高。细菌群落的主要优势菌群为放线菌门、变形菌门和厚壁菌门；真菌群落的优势菌群为子囊菌门和担子菌门，其中子囊菌门为主要优势菌门。土壤pH值、速效磷、碱解氮和有机质含量是影响芦苇根际土壤微生物群落结构多样性的重要因素。