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氮是高寒生态系统的主要限制性营养元素，土壤微生物驱动了氮循环，其中固氮和硝化作用是两个关键步骤。黑河上游位于青藏高原东北缘的祁连山区，对于维持河西走廊水资源安全和社会经济的可持续发展具有重要意义。以往的研究主要集中在该地区水文和植被的变化规律上，对黑河上游祁连山区高寒生态系统土壤微生物群落的研究报道较少。本文系统地研究了黑河上游祁连山区土壤深度和海拔对可培养氮循环细菌数量的影响，以及不同植被类型土壤中固氮细菌、氨氧化细菌和氨氧化古菌的多样性和丰度变化特征，得到以下主要结果： ⑴随土壤深度的增加，硝化细菌、反硝化细菌和固氮细菌数量下降;随海拔升高，硝化细菌相对减少，而反硝化细菌和固氮细菌呈增多的趋势。聚类分析显示，低海拔（E1-2905m和E2-3128m）浅层土壤(0-40cm)聚为一类，而其深层土壤(60cm)与高海拔(E3-4130m)土壤聚为一类，暗示高海拔处土壤与低海拔处深层土壤的土壤理化性质和微生物群落相类似。典范对应分析结果表明，祁连山区冰沟土壤氮循环细菌数量的变化受到海拔主导下植被和土壤理化因子的共同作用，具体表现为硝化细菌的数量变化主要受地下生物量和土壤pH的影响，而反硝化细菌和固氮细菌主要受植被盖度、地上生物量和土壤含水量的影响。 ⑵固氮基因（nifH）克隆文库分析结果显示，所有可鉴定的固氮细菌均属于变形菌门，固氮螺菌(Azospirillum)是灌丛土壤中特有的固氮细菌;而荚瘤菌（Thiocapsa），德克斯氏菌（Derxia），外硫红螺菌（Ectothiorhodospira），中慢生根瘤菌（Mesorhizobium），克雷白氏杆菌（Klebsiella），剑菌（Ensifer），甲基细胞菌（Methylocella）和假单胞菌（Pseudomonas）是草甸土壤中特有的固氮细菌。黑河上游祁连山区nifH基因的序列分为5个发育分支:分支Ⅰ，Ⅱ和Ⅲ主要是来源于草甸土壤的nifH序列，而分支Ⅳ主要由来源于灌丛土壤的nifH序列组成。nifH基因的香农多样性指数的变化范围是1.5～2.8，草甸土壤中的多样性高于灌丛土壤。nifH基因拷贝数的变化范围是4.0×106～6.9×107 copies g-1 soil，草甸土壤中的拷贝数低于灌丛土壤。冗余分析表明灌丛土壤中，nifH基因的多样性和拷贝数与地上生物量相关;在草甸土壤中，nifH基因的多样性主要受海拔的影响，而其拷贝数主要受土壤速效钾的影响，说明植被可以通过选择不同的固氮细菌的类群来影响氮循环过程。 ⑶祁连山区野牛沟高寒草甸土壤中，氨氧化古菌(AOA)的多样性和丰度明显高于氨氧化细菌(AOB)。检测到的绝大多数的AOA属于奇古菌门(Thaumarchaeota)典型的类群Ⅰ.1b(GroupⅠ.1b)，然而一个AOA的类群与所有已知类群的系统发育距离较远，有可能是一个新的AOA类群，命名为:嵩草草甸土壤类群（Kobresia meadow soil group）;检测到的AOB中，与β-变形菌门(Proteobacteria)的亚硝化螺菌（Nitrosospira）相似的AOB占优势地位。与其它的高寒生态系统相比(AOA:9-37 phylotypes;AOB:35-50 phylotypes)，祁连山区野牛沟高寒草甸土壤中的氨氧化微生物群落具有更高的多样性(AOA:41phylotypes;AOB:55 phylotypes)。主成分分析和冗余分析结果显示，不同类型的草甸土壤中AOA或AOB类群明显不同，说明氧化微生物群落的分布与植被类型相关，其中植被盖度是影响氨氧化微生物群落特征的主要环境因子。 ⑷高通量测序共检测到了15361条16S rRNA基因序列，归属于13个菌门:酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、装甲菌门(Armatimonadetes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿菌门(Chlorobi)、绿弯菌门(Chloroflexi)、异常球菌-栖热菌门(Deinococcus-Thermus)、厚壁菌门(Firmicutes)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、浮霉菌门(Planctomycetes)、变形菌门(Proteobacteria)和疣微菌门(Verrucomicrobia)，其中酸杆菌门、放线菌门和变形菌门占优势地位。相对于草甸土壤来说，乔木和灌丛土壤中细菌群落组成更相似，细菌多样性及酸杆菌门和变形菌门的相对丰度均较高，而放线菌门相对丰度较低。相关分析表明，植被的地上生物量和土壤速效钾含量明显影响了土壤细菌群落结构特征。 ⑸研究了黑河上游祁连山区不同植被类型土壤中氮循环微生物群落结构特征，发现植被类型和土壤理化性质共同驱动了土壤氮循环微生物群落多样性和丰度的变化，为黑河上游生态系统的保护和退化生态系统的恢复提供理论支持。