植被恢复作为防治水土流失和修复退化生态系统的有效手段,在黄土高原地区得到了广泛应用。植物群落的恢复和演替受到植物-土壤反馈机制的深刻影响,而微生物群落在其反馈机制和植物群落结构塑造中发挥着关键性作用。本文选取黄土高原退耕还草区不同恢复年限的草地作为主要研究对象,基于高通量测序的分子生物学技术,研究植被恢复过程土壤微生物群落结构、组成和功能多样性的响应以及植物-微生物群落相互作用的特征,揭示植被恢复对微生物分类和功能多样性以及地上-地下生物群落相互作用的影响机制。主要结论如下:(1)在微生物类群多样性方面:草地自然恢复显著地改变了土壤细菌和真菌群落结构,基于Bray-Curtis和Unifrac距离的统计分析表明,不同恢复年限的土壤细菌和真菌群落组成差异均显著。细菌群落中相对丰度最高的门为放线菌门(Actinobacteria),其次是变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi);而真菌群落主要由子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)和接合菌门(Zygomycota)构成。土壤细菌和真菌群落的alpha多样性均随着恢复年限的增加而显著提高,而两者群落组成的相似度均表现出显著的时间衰减趋势。细菌和真菌的结构、组成和多样性均受到环境因子的影响,其中p H、有机质和总氮是造成微生物类群构成差异的主要驱动因素。(2)在微生物功能多样性方面:宏基因组测序表明自然恢复草地和农田土壤微生物类群的功能alpha多样性和beta多样性均显著不同,自然恢复30年的草地存在最高的功能alpha多样性。在测定的环境因子中,土壤有机质是造成微生物群落功能多种性差异的主导因素。通过KEGG数据库比对发现,草地土壤微生物与能量代谢、碳水化合物代谢和外源物质降解与代谢相关的功能基因类群相对丰度较农田显著提高;而与氨基酸代谢、多糖合成与代谢、复制与修复和细胞生长与凋亡相关的功能基因在农田中具有较高的相对丰度;通过CAZy数据库比对发现,草地自然恢复增加了碳水化合物降解酶基因的相对丰度,包括GH3、GH13和GH15等类群。(3)植物-微生物群落相互作用方面:在草地恢复过程中地上植被和地下微生物群落间具有显著的相互作用,其中土壤细菌和真菌群落的alpha多样性均随着植物alpha多样性的增加而显著增大,植物群落的alpha多样性可以作为细菌和真菌群落alpha多样性的显著预测因子。在beta多样性方面,植物群落的beta多样性与土壤细菌和真菌群落的beta多样性具有明显的相关性,土壤环境因子对细菌和真菌群落也具有显著影响。植物群落和土壤环境因素对土壤细菌和真菌群落具有不同的影响力,植物群落对真菌群落的影响大于细菌群落,而土壤环境因子对真菌群落的影响却小于细菌群落,表明植被恢复过程中细菌和真菌群落的构建具有不同的环境选择过程。