土壤质量提升是确保农业生态系统健康可持续发展的根本保证。长期以来,黄土高原苹果园普遍采用传统的清耕制土壤管理模式,导致了土壤结构破坏、水土流失、土壤有机碳下降、生物多样性降低等一系列土壤质量下降的问题。推行提升果园土壤质量的生草覆盖、秸秆覆盖、园艺地布覆盖等现代的果园可持续土壤管理模式,使苹果生产与生态环境协调发展,成为促进该区域苹果产业健康高效持续发展的重大现实需求。土壤微生物是衡量土壤质量的重要指标,其在养分保持与供应、侵蚀控制、改善土壤结构以及肥水高效利用中起着重要作用,因此,揭示土壤微生物的群落组成、多样性和功能对于提高农业生态系统内部循环的调节功能以及土壤质量提升具有重要作用。然而,目前有关覆盖模式对黄土高原苹果园土壤质量的提升效应及其微生物学机制的研究还很薄弱。因此,本研究基于长期定位试验,测定不同覆盖措施下土壤理化性质和酶活性,并利用高通量(16Sr RNA和ITS)和宏基因组测序等分子生物学方法分析不同覆盖措施下土壤微生物群落和功能多样性的特征以及典型生草覆盖下土壤微生物演变过程,揭示了不同覆盖模式下果园土壤质量的提升效应以及微生物学机制。取得的主要结果如下:(1)有机覆盖对土壤质量的提升要高于无机覆盖与清耕对照相比,黑麦草和秸秆覆盖分别提高了土壤有机质含量11.8%和36.5%,玉米秸秆覆盖提高了土壤速效氮含量42.0%,而园艺地布覆盖没有增加土壤养分。不同覆盖措施下土壤环境的异质性导致了土壤微生物群落优势种群和相互关系的差异。三种覆盖措施均提高了真菌OTU的丰度和Alpha多样性以及分解细菌放线菌门(Actinobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)的丰度,同时,黑麦草(Lolium perenne L.)覆盖和玉米秸秆覆盖增加腐生真菌子囊菌门(Ascomycota)的丰度,玉米秸秆覆盖也增加了壶菌门(Chytridiomycota)的丰度。另外,黑麦草覆盖增加了细菌之间的合作,园艺地布覆盖减少了细菌之间的竞争,而玉米秸秆覆盖不仅促进了真菌之间的合作,而且增加了真菌和细菌之间的相互关系。因此,三种覆盖措施对土壤养分的贡献以及微生物的影响是秸秆覆盖>生草覆盖>园艺地布覆盖。(2)有机覆盖比无机覆盖更有利于土壤碳氮循环功能的增加由于黑麦草覆盖和秸秆覆盖向土壤中输入有机物质,所以这两种覆盖措施下有更高的碳循环酶:β-1,4-葡糖苷酶(BG),纤维二糖水解酶(CBH)和β-木糖苷酶(BXYL)的活性,而玉米秸秆覆盖措施提高了氮循环酶:β-1,4-N-乙酰基氨基葡糖苷酶(NAG)和脲酶(UR)的活性。同时宏基因组数据表明,相比于园艺地布覆盖,黑麦草和玉米秸秆覆盖下有更高丰度的碳循环通路基因和固碳基因cbb L,玉米秸秆覆盖下有更高丰度的氮代谢通路基因。而园艺地布覆盖减少了碳氮循环酶的活性和碳氮代谢通路基因的丰度。这表明有机覆盖相比于无机覆盖通过有机物质的输入促进了微生物碳氮代谢通路基因和碳氮循环酶活性的增加,进而提高了土壤碳氮水平。(3)长期生草覆盖能有效提高土壤质量并且不同种群植物会引起土壤环境以及微生物群落结构和功能的分化相比于清耕对照,13年白三叶(Trifolium repens L.)和13年鸭茅(Dactylis glomerata L.)覆盖分别增加了土壤有机质含量52.81%和30.81%,植物分解酶:BG(20.65%和26.07%)和CBH(61.57%和69.48%)的活性,同时也增加了分解菌:放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、子囊菌门(Ascomycota)以及芽孢杆菌属(Bacillus)、芽球菌属(Blastococcus)的丰度。这表明长期生草覆盖通过增加土壤养分、酶活性以及优势种群的丰度来提高土壤质量。另外,由于白三叶的固氮特性,白三叶覆盖增加了土壤总氮和速效氮的含量(72.55%和100.91%),氮循环酶NAG(174.76%)和UR(83.88%)的活性。两种生草覆盖的差异性也体现在对土壤微生物群落结构和功能的影响,白三叶覆盖下土壤中优势细菌是变形菌门(Proteobacteria),而鸭茅覆盖下土壤中优势细菌是放线菌门(Actinobacteria),两种生草覆盖均富集了碳循环通路基因,而白三叶覆盖额外增加了氮代谢通路基因,此外,鸭茅覆盖比白三叶草覆盖更有利于纤维素和半纤维素水解的碳水化合物酶基因的富集。(4)随着生草年限的增加,土壤养分不断积累,细菌和真菌群落呈现不同的演变模式在时间梯度上:4年的白三叶覆盖对土壤养分的影响不大,而8年和13年的白三叶覆盖能有效的增加表层土壤养分,另外13年的白三叶草覆盖可以增加深层土壤养分。同时13年的白三叶覆盖有效提高了表层土壤中细菌的Alpha多样性和放线菌门(Actinobacteria),厚壁菌门(Firmicutes)和子囊菌门(Ascomycota)的相对丰度。在微生物属水平上,细菌群落结构的演变随着生草年限的增加更加稳定,而真菌群落结构的演变更加无序。随着生草年限的增加,土壤微生物群落的演变滞后于养分的积累。在空间梯度上:土壤养分和细菌的Alpha多样性随着土层的加深呈现下降的趋势,但是真菌的多样性在土层上并无太大变化。