小叶锦鸡儿灌丛对草地土壤固氮微生物群落的影响

王春雯，赵芳，张晨，解李娜，马成仓

（天津师范大学生命科学学院，天津市动植物抗性重点实验室，天津 300387）

草原灌丛化已成为全球干旱和半干旱地区的普遍现象［1-4］。内蒙古草原灌木扩张是以锦鸡儿属（Caragana）灌木为主导的，是该地区面临的重要生态问题之一［5-6］。在灌丛化过程中，多类型的草本植物逐渐被单一的灌木种群所替代。植被类型的转变必然会引起凋落物数量和质量以及根系分泌物的改变［7-9］，进而影响地下生物群落［10］。

氮是植物必需的大量元素，是干旱生态系统中除水以外影响植物生长发育的另一主要限制因子［11］。土壤固氮微生物可以将空气中的氮素固定为植物可吸收利用的氮［12］，是植被重要的氮素供应来源之一。其群落的变化会导致生物地球化学循环功能发生改变［13］，影响土壤固氮效率［14］，改变生态系统中植物的可利用氮含量［15］，进而影响地上植物群落。

土壤固氮微生物群落的物种多样性和组成与地上植物类型密切相关。目前的研究主要集中在豆科非灌木对土壤固氮微生物群落的影响。研究发现：间作大豆（Glycine max）改变了甘蔗（Saccharum officinarum）根际土壤固氮菌的群落组成结构，但对群落物种的优势度影响较小［16］；与燕麦（Avena sativa）单作相比，大豆/燕麦和绿豆（Vigna radiata）/燕麦间作提高了燕麦土壤固氮微生物的数量，并改变了群落优势类群的相对丰度［17］；低氮处理增加了草本植物紫云英（Astragalus sinicus）根际土壤中自生和共生固氮微生物的固氮能力和nifH基因丰度［18］；随树龄的增加，刺槐（Robinia pseudoacacia）林下土壤固氮微生物群落组成由放线菌为主向变形菌为主转变［19］。关于豆科灌木对固氮微生物群落物种多样性和组成的影响研究较少。豆科灌木具有固氮能力，能增加林下的氮积累，所固定的氮可以从豆科植物转移到非豆科植物［20］，因此，与非豆科灌木相比，豆科灌木对土壤生态系统的影响具有自己的特点。Zhou等［21］对毛乌素沙地豆科灌木蒙古岩黄芪（Hedysarum mongutensis）和细枝岩黄芪（Hedysarum scoparium）的根际固氮微生物的研究发现，两种灌木均增加了根际固氮微生物群落的多样性，并将土壤中的有益微生物富集在根际区。

不同的灌木会营造出特异的气候和土壤微环境，这些微环境可能有利于一些土壤生物种的定居，而抑制另一些物种存活，所以灌木对林下和土壤群落的物种具有选择性［22］，这一生态过程导致群落组成发生变化。研究发现灌木狭叶锦鸡儿（Caragana stenophylla）对林下植物群落和土壤生物群落均具有物种选择性，且对土壤生物的选择性大于植物群落［23］；灌木多色杜鹃（Rhododendron rupicola）对乔木幼苗存活和生长具有促进作用，但这种促进效应具有物种特异性，对红杉（Larix potaninii）的促进作用大于丽江云杉（Picea likiangensis）［24］。关于灌木如何通过物种选择性而影响土壤固氮微生物群落物种丰富度和多度以及物种组成尚未见报道。

灌丛化改变了地表土壤资源分配，使较多的水分和养分聚集在灌丛内，导致土壤资源的异质化和斑块化，形成了沃岛效应［25］。土壤资源异质化又会引起灌丛内外植被异质化，形成生物岛，植被异质化进而改变了土壤微生物群落组成和结构［26］。灌木如何通过营养成分改变固氮微生物群落尚不清楚。

灌木对林下微生物群落的影响在不同的气候干旱梯度上表现不同。研究表明不同干旱程度相比（半干旱、干旱、强干旱、最干旱），最干旱的地区灌木的地下群落多样性增加最强烈［23］。关于灌木对固氮微生物群落影响在不同的气候干旱梯度的变化未见报道。灌木和气候干旱对固氮微生物群落影响的相对重要性依然不清楚。

小叶锦鸡儿（Caragana microphylla）是内蒙古草原干旱、半干旱地区重要的豆科灌木物种［27］。小叶锦鸡儿根系发达，能够与根瘤菌结合形成具有固氮能力的根瘤［28］。本研究调查了内蒙古地区荒漠草原（干旱地带）和典型草原（半干旱地带）小叶锦鸡儿灌丛（以灌丛外土壤为对照）不同深度土壤固氮微生物群落（包括共生固氮微生物和自生固氮微生物）的物种丰富度、多度和群落组成，从灌丛对物种的选择性、灌丛沃岛效应，以及灌丛效应和干旱效应的相互关系等方面探讨灌丛引起固氮微生物群落差异的机制。主要回答以下问题：1）灌丛如何影响土壤固氮微生物群落的物种丰富度、多度和群落组成？2）灌丛化通过哪些主要途径影响固氮微生物群落？3）灌丛化的影响在荒漠草原（干旱地带）和典型草原（半干旱地带）是否存在差异？4）灌丛和气候干旱对土壤固氮微生物群落影响的相对重要性如何？

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究地点位于内蒙古锡林郭勒盟苏尼特右旗（42.40° N，112.90° E，平均海拔1150.8 m）和锡林浩特市（43.95° N，116.07° E，平均海拔989.5 m）。苏尼特右旗年平均降水量约为220 mm，日照时间3167 h，总辐射量594.4 kJ，平均气温4.93℃，干旱度指数0.128，属于干旱地区，植被类型为荒漠草原。锡林浩特市年平均降水量约300 mm，日照时间2932 h，总辐射量581.4 kJ，平均气温2.35℃，干旱度指数0.174，属于半干旱地区，植被类型为典型草原。

1.2 研究方法

1.2.1土壤样品采集 2016年7月分别在荒漠草原和典型草原选取小叶锦鸡儿灌丛化草地作为试验样地，每个样地随机选取3株小叶锦鸡儿灌丛作为样株，在灌丛内（灌丛下的中心位置）和灌丛外（距离灌丛边缘2 m以上）分别采集0～10 cm、10～20 cm、30～40 cm的土壤样品约300 g，共36份土壤样品。采集的新鲜土样除去落叶、根系、石头等杂质，混合均匀后用无菌聚乙烯密封袋即刻密封，置于低温箱中带回实验室于-20℃保存。每份土壤样品一部分用于土壤理化性质的分析，一部分用于可培养固氮微生物的测定。

1.2.2土壤固氮微生物的分离与鉴定 土壤固氮微生物采用稀释涂布平板法培养，其中共生固氮微生物采用固氮根瘤培养基，32℃培养3～4 d；自生固氮微生物采用无氮培养基，28℃培养4～5 d。根据《Bergey’s Manual of Systemaic Bacteriology》［29］对不同形态的共生和自生固氮微生物进行计数。用划线法将其纯化为单一形态的菌落，随后利用“生工Ezup柱式细菌基因组DNA抽提试剂盒”（上海）提取DNA；采用通用引物1492R（5′-GGTTACCTTGTTACG-ACTT-3′）和27F（5′-AGA GTTTGATCCTGGCTC-AG-3′）扩增固氮微生物16S rRNA的V4可变区，扩增产物送至生工生物工程股份有限公司（上海）测序，应用BLAST程序（http：//blast.stva.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi）对测序结果进行比对分析。

1.2.3土壤理化性质测定 采用烘干法测量土壤含水量；采用水浸提电位法测定土壤pH值（水土比2.5:1.0）；将水土（5:1）浸提后采用DDS～LLa型电导仪（上海）测定电导率；采用重铬酸钾容量法测定有机质含量（外部加热法）；采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定速效磷含量；采用醋酸铵浸提-火焰光度法测定速效钾含量；采用流动分析仪（德国：SEAL AA3）测定硝态氮和铵态氮含量。土壤理化性质测定方法参考文献［30］。

1.3 数据处理

采用丰度（物种数）和多度（cfu·g-1干土）表达土壤固氮微生物群落多样性特征。

采用相对相互作用指数（relative interaction intensity index，RII）［31］评估灌木对固氮菌群落物种丰度和多度的影响：

式中：X表示灌丛内（XS）和灌丛外（XO）响应变量观测值。RII值在-1～1变化，RII值＞0表示灌丛对群落具有正效应；RII值＜0表示灌丛对群落具有负效应。微生物群落RII计算公式如下：

本研究用气泡图反映每个属的多度在灌丛内和灌丛外的差异。气泡的大小表示多度高低，气泡越大表示多度越高。气泡图用R软件中“ggplot2”程序包绘制。

本研究用堆积图反映样品中各属的相对多度。堆积图中样品横向排列，属纵向排列，每一色块代表一个属，色块占比越大表示该属的相对多度越高。相对多度大于10%定义为优势种，堆积图显示各样品间优势属的差异。

本研究用非度量尺度分析法（non-metric multidimensional scaling，NMDS，基于Bray-Curtis相异系数）将群落组成可视化，比较群落组成相似性。NMDS采用PAST 3软件进行。

本研究用Jaccard dissimilarity index（JI）量化群落组成的差异。JI取值范围是0～1，0表示两个群落由完全相同的物种组成，1表示二者没有共同物种。JI采用R软件中“betapart”程序包计算。

本研究用物种指示值分析法（species-indicator analyses）［32］确定灌木对物种的选择性。该方法的基础是物种对生境的特异性（specific）和适宜性（fidelity）。首先计算每个物种（属）的指示值（indicator value，IndVal），然后根据IndVal值确定灌丛选择性物种（物种通常仅生长在灌丛内或灌丛外）和灌丛非选择性物种（物种在灌丛内和灌丛外均可生长）。如果IndVal值大于0.7，则认为该物种是灌丛选择性物种，否则为灌丛非选择性物种［33］；灌丛内IndVal值大于0.7，为灌丛正选择物种，灌丛外IndVal值大于0.7，为灌丛负选择物种。然后，计算灌丛正选择性物种和负选择性物种占总物种的百分比。物种IndVal值采用R软件中“labdsv”程序包计算。

本研究用Z Scores法计算灌丛肥岛效应（fertile island effect，FIE）［34］。所有功能指标（土壤有机质、速效氮、速效磷和速效钾）标准化后的Zscores的平均值即为灌丛肥岛效应。

本研究用冗余分析（redundancy analysis，RDA）检验土壤理化指标和干旱指数与属多度之间的关系。RDA采用CANOCO 5软件进行。

采用方差分解分析（variance partitioning analysis，VPA）比较气候干旱和灌丛对群落影响的相对重要性。气候干旱涉及的因子包括年平均降水量和年平均温度；灌丛涉及的因子包括土壤pH、硝态氮、铵态氮、土壤含水量、电导率、有机质、速效磷和速效钾。VPA采用R软件中“vegan”程序包进行［35］。

1.4 数据统计分析

本研究采用单因素或多因素方差分析检验灌丛、土层和气候干旱对群落变量影响的显著性。用独立样本t检验分析每个RII与0的差异显著性和每个属多度在灌丛内和灌丛外的差异显著性。上述分析用SPSS IBM 25软件进行。用ANOSIM检验灌丛对群落组成影响的显著性，ANOSIM分析采用R软件“vegan”程序包进行。

2 结果与分析

2.1 小叶锦鸡儿灌丛对土壤固氮微生物群落物种丰度和多度的影响

小叶锦鸡儿灌丛对共生和自生固氮微生物物种丰度和多度影响的RII多数大于0；随土壤深度的增加，RII逐渐减小（共生固氮：F2，24=7.706，P＜0.01；自生固氮：F2，24=6.316，P＜0.05）；荒漠草原RII大于典型草原（共生固氮：F1，24=13.412，P＜0.01；自生固氮：F1，24=0.066，P=0.801，图1）。这些结果说明灌丛促进了固氮微生物群落扩张，促进效应随土壤深度的增加而衰减，促进效应在干旱区比半干旱区更明显。

2.2 小叶锦鸡儿灌丛对土壤固氮微生物群落组成的影响

固氮微生物属的多度在灌丛内、外存在明显差异。对于共生固氮微生物，在荒漠草原灌丛内外具有显著差异的 属为Variovorax、Bacillus、Paenibacillus、Brevibacillus、Pseudomonas、Microvirga、Streptomyces、Arthrobacter、Enterobacter、Sinorhizobium和Sphingobacterium11个属，占总属数的55.00%；在典型草原为Rhizobium、Paenibacillus、Variovorax、Brevibacterium、Curtobacterium和Sinorhizobium6个属，占总属数的37.50%。对于自生固氮微生物，在荒漠草原显著差异的种属为Rhizobium、Paenibacillus、Staphylococcus、Bacillus、Brevibacillus、Streptomyces和Sinorhizobium7个属，占总属数的58.33%；在典型草原为Achromobacter、Bacillus、Rhizobium、Sinorhizobium和Cohnella5个属，占总属数的55.56%（图2气泡图）。荒漠草原的显著差异属多于典型草原。

固氮微生物各个属在群落中的相对多度在灌丛内、外也存在明显差异（图2堆积图），以至于优势属在灌丛内外都存在不同程度的变化（表1）。表现为优势属的变化和优势地位改变。例如荒漠草原灌丛外0～10 cm土层共生固氮菌群落中优势属为芽孢杆菌属（Bacillus，46.89%）、链霉菌属（Streptomyces，25.73%）2个属，而灌丛内为链霉菌属（Streptomyces，23.84%）、节杆菌属（Arthrobacter，16.25%）、金黄杆菌属（Chryseobacterium，14.15%）和短小杆菌属（Curtobacterium，10.58%）4个属，链霉菌属在灌丛外为第二优势属，在灌丛内变为第一优势属；荒漠草原灌丛外0～10 cm土层自生固氮菌群落中链霉菌属（Streptomyces）为唯一优势属，占比85.37%，在灌丛内为第二优势属，仅占23.10%。荒漠草原的优势属和它们的优势地位在灌丛内外的差异大于典型草原（表1）。

表1 荒漠草原和典型草原小叶锦鸡儿灌丛内外土壤固氮微生物群落优势属和相对多度Table 1 Dominant genus and relative abundance of soil nitrogen-fixing microbial communities outside and inside C.microphylla shrub canopies in desert steppe and typical steppe（%）

非度量多维度尺度（NMDS）分析排序了小叶锦鸡儿灌丛内外、3个土层的土壤固氮微生物群落组成。各NMDS分析图Stress均小于0.2，说明整体上NMDS对群落组成拟合度高。两个地带（荒漠草原和典型草原）的两类固氮微生物群落都表现为灌丛内或灌丛外3层土比较相近，灌丛内和灌丛外差异很大（图3）。ANOSIM检验结果证实，小叶锦鸡儿灌丛显著影响了两个地带的两类固氮微生物的群落组成。

灌丛内外的JI指数为0.40～0.76，说明灌丛导致固氮微生物群落组成发生明显变化。土壤深度对JI指数有显著影响（共生F2，24=12.50，P＜0.01；自生F2，24=5.07，P＜0.05），但是各地带和类群没有一致的变化趋势（图4）。气候地带对JI指数有显著影响（共生F1，24=53.82，P＜0.01；自生F1，24=48.81，P＜0.01），表现为荒漠草原JI指数大于典型草原。

两个地带之间的JI指数为0.29～0.94，说明气候干旱导致固氮微生物群落组成发生明显变化，而且这种效应在灌丛内外或土层间变异很大。具体表现为灌丛内的JI指数低于灌丛外（共生F1，24=9.59，P＜0.01；自生F1，24=6.98，P＜0.01）。随土壤深度的增加，JI指数呈现增加趋势（共生F2，24=0.15，P=0.86；自生F2，24=5.63，P＜0.05，图5）。

2.3 小叶锦鸡儿灌丛对土壤固氮微生物的物种选择性

小叶锦鸡儿灌丛对固氮微生物的正选择物种在两个地带和各土层中基本都多于负选择性物种（表2）。对土层而言，灌丛正选择性物种0～10 cm最多，负选择性物种在30～40 cm最多。荒漠草原灌丛正选择性物种多于典型草原。灌丛的总选择性物种数（正选择和负选择性物种之和）占总物种的26.67%～80.00%，表明小叶锦鸡儿灌丛对固氮微生物的选择性很强。

表2 荒漠草原和典型草原小叶锦鸡儿灌丛对土壤固氮微生物的选择性物种比例Table 2 The percentage of selective species of C.microphylla shrub canopies on soil nitrogen-fixing microbial communities in desert steppe and typical steppe（%）

2.4 小叶锦鸡儿灌丛对土壤营养分布的影响

FIE值皆为正值，说明小叶锦鸡儿具有沃岛效应。荒漠草原的FIE值大于典型草原（F1，24=3.56，P=0.084，接近显著）。荒漠草原FIE值随土壤深度的增加呈降低趋势（F2，24=1.734，P=0.255），典型草原0～10 cm土层FIE值小于其他两层（F2，24=0.429，P=0.670），但土层间差异都不显著（图6）。

2.5 土壤固氮微生物与环境因子之间的关系

对于共生固氮微生物，环境因子在第一轴解释了其组成总变异的27.47%，在第二轴解释了11.29%。其中，速效磷（解释量22.10%，P=0.002）、干旱指数（解释量9.40%，P=0.004）、速效钾（解释量5.20%，P=0.0036）和NH4+-N（解释量5.20%，P=0.022）对群落组成影响显著。速效磷、速效钾与Sinorhizobium、Microvirga和Actinomadura呈正相关；干旱指数和Brevibacterium呈 正 相 关，与Cellulosimicrobium和Brevundimonas呈 负 相 关；有 机 质、NO3--N和含水量与Massilia和Streptomyces呈正相关（图7）。

对于自生固氮微生物，环境因子在第一轴解释了其组成总变异的38.69%，在第二轴解释了4.65%。其中，速效磷（解释量27.70%，P=0.002）和有机质（解释量9.90%，P=0.012）对群落组成影响显著。速效磷与Brevibacillus、Staphylococcus和Paenibacillus呈正相关；有 机质与Cohnella呈 正相关；NH4+-N与Streptomyces呈正相关，与Pseudomonas呈负相关；干旱指数与Achromobacter和Rhizobium呈正相关；速效钾与Sinorhizobium呈正相关；含水量与Cohnella和Sinorhizobium呈负相关（图7）。

2.6 灌丛和气候干旱对土壤固氮微生物影响的相对重要性

方差分解分析（VPA）结果表明，无论是共生还是自生固氮微生物，灌丛的影响都大于气候干旱对其的影响。随着土壤深度的增加，气候干旱对自生固氮微生物的影响降低，灌丛对共生固氮微生物的影响增大，而对自生固氮微生物的影响在0～10 cm土层最大，在10～20 cm土层最小（表3）。

表3 灌丛和气候干旱对土壤固氮微生物影响的相对重要性Table 3 The relative effects of shrub canopies and climatic aridity on soil nitrogen-fixing microbial communities（%）

3 讨论

本研究发现，小叶锦鸡儿灌丛显著促进了固氮微生物群落物种丰富度和多度，促进效应随土层从浅到深而降低，随气候干旱度增加而增加（图1）。

小叶锦鸡儿灌丛也改变了群落组成。灌丛的存在引起群落中37.50%～58.33%的固氮微生物属的多度发生显著变化（图2气泡图），群落优势属和它们的优势地位改变（图2堆积图和表1），灌丛内、外群落组成相似性很低（图3和图4），进一步的ANOSIM检验证实灌丛显著影响了固氮微生物的群落组成。以前的研究也发现豆科灌木蒙古岩黄芪和细枝岩黄芪能改变土壤共生固氮微生物的群落组成［21］，宿主植物金合欢（Acacia acuminata）使根瘤菌类群具有更高的丰富度［36］。

荒漠草原（干旱区）灌丛内和灌丛外具有显著差异的属多于典型草原（半干旱）（图2气泡图），优势属（包括它们的优势地位）的差异大于典型草原（表1），群落相异性（Jaccard指数）也大于典型草原（图4），这都说明干旱加强了灌丛对固氮微生物群落组成的影响。与其他研究者发现干旱加强仙人掌（Opuntia stricta）根与土壤真菌的关系相似［37］。

灌丛内两个地带间固氮微生物的相异性指数显著低于灌丛外（图5），表明灌丛缓解了干旱对固氮微生物群落组成的影响。Ferjani等［38］的研究发现在不同环境的干旱压力下栽培海枣（Phoenix dactylifera），土壤细菌群落83%菌种的潜在根际服务功能保持不变，说明植物在维持根际微生物稳态方面有重要作用。

根据本研究结果结合文献，认为灌木通过4个机制影响固氮微生物群落：

第一，灌丛对固氮微生物具有物种选择性。灌丛对固氮微生物的正选择性物种比例大于负选择性物种比例（表2），即受到灌丛促进的物种多于抑制作用物种，这一效应导致灌丛内物种丰富度和多度大于灌丛外（图1）。灌丛对26.67%～80.00%的固氮微生物属具有正的或负的选择性，这是导致灌丛内外群落组成差异显著（图2～4和表1）的主要原因之一。荒漠草原的灌丛正选择性物种比例大于对应的典型草原（表2），这可以解释荒漠草原灌丛内外群落优势属的差异和群落组成相异性指数大于典型草原的试验结果（表1和图4）。灌丛正选择性物种比例0～10 cm最高、负选择性物种比例在30～40 cm最高（表2）是灌丛对群落的促进作用随着土层从浅到深衰减的重要因素。关于灌丛对固氮微生物的物种选择性，本研究认为可能是灌丛产生具有特异性的根系分泌物和凋落物［39］，这些物质对一些属有促进效应，对另一些属有抑制效应。

第二，灌丛通过改变土壤理化性质而影响固氮微生物群落。灌丛的存在改变了土壤理化性质，提高了土壤肥力，在灌丛下形成沃岛（图6），促进林下草本植物的生长，导致灌丛斑块内具有更高的植物丰富度和多度［23］。高的植物多样性为固氮微生物提供了食物资源，形成了高的固氮微生物物种丰富度和多度（图1）。沃岛效应从浅层土到深层土逐渐降低（图6），导致灌丛对固氮微生物群落的促进效应逐渐衰减（图1）。荒漠草原区的沃岛效应大于典型草原（图6），可以解释促进效应随干旱增加而增加的试验结果（图1）。本研究结果与王磊等［40］的研究结果相反，其研究发现长期增施有机肥导致农田固氮菌群落多样性降低，认为其原因是养分含量上升增加了固氮微生物与其他土壤微生物的竞争关系，从而降低了固氮微生物群落的丰富度和多样性。出现相反结果的原因可能是研究地点的营养条件不同，本研究地点是半干旱和干旱草地生态系统，养分含量是影响微生物群落的主要限制因子，灌丛沃岛的营养物质含量尚未达到引起土壤微生物激烈竞争的阈值。

灌丛可以通过沃岛影响固氮微生物群落组成，例如对土壤肥力有高要求的马杜拉放线菌属（Actinomadura）［41］仅存在于灌丛内（图2）。灌丛通过速效磷、有机质、速效钾和铵态氮含量对一些菌属产生了正的或负的影响（图7），从而导致群落中37.50%～58.33%的属发生显著变化，优势属和它们的优势地位发生变化（图2和表2），群落组成发生显著变化（图3和图4）。冗余分析结果还发现，影响共生和自生固氮微生物群落的主要环境因子均是速效磷（图7）。已有研究表明虽然氮是植物生长发育过程中需求量最大的营养元素，但在氮沉降日益增加的背景下，加之豆科植物具有特殊的固氮能力，氮往往不会成为影响植物或微生物的主要限制因子，磷可能成为其关键因子［42］。除此之外，我国内蒙古地区草地普遍缺磷［43］，磷成为限制草原植物和微生物生长的关键因子。Hu等［44］的研究也发现土壤速效磷是影响固氮菌群的重要因子。本研究冗余分析显示NH4+-N也显著影响固氮微生物的群落组成，与一些固氮微生物属呈正相关关系（图7）。Xu等［19］的研究也得到相似的结果，发现土壤N与刺槐根部土壤固氮微生物主要物种呈显著正相关。小叶锦鸡儿是豆科灌木，具有固氮能力［45］，提高了灌丛内氮素含量，从而促进了固氮微生物群落物种丰富度，改变群落组成。

第三，气候干旱增强了灌丛对固氮微生物群落的影响。气候干旱也是影响群落物种丰度、多度（图1）和群落组成的因素（图7和表3），当气候干旱和灌丛化同时发生时，气候干旱加强了灌丛对固氮微生物群落物种丰度、多度和群落组成的影响（图1～2和图4）。其原因是锦鸡儿属灌丛有很强的干旱适应性，随着气候干旱的增加，锦鸡儿灌丛的冠幅增加，生物量增加［46］，沃岛效应更大（图6），对土壤固氮微生物的影响也更大。气候干旱仅在浅层土中（0～20 cm）调节灌丛对固氮微生物群落的影响，在深层土壤中无此效应（表3），这与土壤对气候干旱有缓冲作用有关。

第四，灌丛还通过缓解干旱的作用而影响群落组成。干旱是影响生物群落的主要因素之一，灌丛缓解了干旱对固氮微生物群落组成的影响（图5），这种效应表现在灌丛下植物群落、土壤动物群落和微生物群落［23］。这是因为灌丛的遮荫保水效应［47］和水力提升［7］缓解了干旱胁迫。另外灌丛的根系与固氮微生物形成根瘤、灌丛的沃岛对固氮微生物的促进效应等也能抵消干旱的负效应。所以，在干旱环境中，锦鸡儿属灌木作为生态工程师，在维持群落稳定中起重要作用。

研究表明灌丛对微生物群落的影响远大于气候干旱［48］，也有研究发现灌丛和气候干旱对微生物群落组成有比较接近的影响［23］。本研究发现灌丛对固氮微生物群落的影响大于气候干旱对其的影响，随着土壤深度的增加，气候干旱对固氮微生物的影响相对重要性降低。其原因是：1）灌丛对固氮微生物群落的影响是上述多个因素的综合效应，其作用大于干旱的单一效应；2）灌丛可以缓解干旱的影响；3）土壤对气候干旱有缓冲作用，土层越深，气候干旱胁迫越小。

4 结论

小叶锦鸡儿灌丛不仅增加了固氮微生物群落的物种丰富度和多度，而且改变了群落组成，这种效应随着土层深度增加而衰减，随着干旱胁迫增加而加强。其作用机理是：1）灌丛对固氮微生物具有物种选择性；2）灌丛通过沃岛效应影响固氮微生物群落；3）气候干旱增强了灌丛对固氮微生物群落的影响；4）灌丛缓解了干旱对固氮微生物群落的影响。