过度开垦导致半干旱地区生态系统快速退化,但这一脆弱生态系统的恢复重建则缓慢而困难。土壤生态系统是连接大气圈、水圈、岩石圈和生物圈的纽带。土地的可持续利用意味着在保证土壤生产力的同时,必须提高土壤生态系统的稳定性和对外界变化的抗干扰能力。土壤微生物通过与团聚体等土壤物理化学因子互作,在维持土壤的抵抗力与恢复力中发挥着重要作用。本研究系统分析了中国北方典型半干旱区退耕还林和草地开垦对土壤及团聚体中细菌和氨氧化微生物的群落数量、结构和多样性的影响,为半干旱脆弱区生态恢复模式的优化和选择提供理论依据。通过实时荧光定量(qPCR)和高通量测序分析16S rRNA基因,系统研究内蒙古武川地区典型退耕方式(自然恢复、种植黑麦草、种植柠条)和不同施肥方式对土壤细菌丰度、群落结构和多样性的影响。结果表明：农田和退耕土壤细菌群落结构有显著差异。退耕土壤细菌丰度较农田高,其中K策略细菌种群的相对丰度增加。而农田土壤,尤其是施用有机肥的土壤中β-和y-Proteobacteria等R策略种群为优势细菌。退耕会改变土壤氮循环相关种群,退耕土壤中固氮微生物群落比例增加,氨氧化细菌和硝化细菌比例降低。为进一步解析半干旱地区土地利用变化对土壤氨氧化微生物的影响,采用qPCR、末端限制性片段长度多态性等方法研究氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)群落结构和多样性。ANOSIM分析表明退耕显著改变AOB群落结构,AOB优势种群由Nitrosospira sp. Nv6-like转变Nitrosospira sp. Nsp2-like,这或与退耕土壤中氮投入减少有关。退耕土壤硝化潜式较农田显著降低。RDA分析表明,土壤硝态氮、磷酸盐含量和土壤含水量是影响AOB群落变化的主要相关因子。在本研究中没有观察到退耕对AOA群落数量和结构的影响。采用湿筛法将土壤分离为不同团聚体,并通过qPCF和变性梯度凝胶电泳,研究新疆伊犁河谷草地开垦对团聚体中AOB、AOA群落数量和结构的影响。结果表明：草地开垦会破坏土壤团聚结构,但有机耕作有利于2000-250μm团聚体数量的增加。与有机农场相比,由于土壤有机质失去团聚体对其的物理保护,常规农场中有机碳和全氮含量显著降低。常规农场土壤中适应低温和高氮的Nitrosospira cluster 1比例增加。草场开垦后,2000-250μm团聚体的AOB和AOA数量显著高于>2000 pm团聚体和粉粒粘粒,表明2000-250μm团聚体是农田中适宜AOB和AOA生长的微环境,并可能成为农田土壤氨氧化作用的潜在热点。开垦和退耕是农田和自然生态系统转化的相反方向。开垦十年后,土壤团聚体结构性降低,有机质失去物理保护,而氨氧化细菌数量升高,土壤肥力被消耗。有机肥投入部分补充了开垦所消耗的土壤肥力；退耕十年后,土壤K策略细菌种群增加,土壤硝化潜势降低,但团聚结构和全氮的恢复可能还需要更长时间。这为进一步研究土壤细菌、氨氧化微生物在半干旱区土地利用变化中的作用和地位提供了理论依据。