土壤是陆地生态系统的基本组成部分，也是地球上生命支持系统的基石（Totsche等人，2010；Nawaz等人，2013；Nielsen等人，2015；Smith等人，2016）。通过调节养分循环、气候和水净化，土壤维持了生态平衡和生物多样性（Han等人，2020；Calderon-Sanou等人，2024）。在中国北方的过渡生态区，森林土壤和草地土壤具有不同但互补的功能。草地土壤具有更好的保水能力和养分缓冲能力，支持饲料生产力和结构稳定性（Jiang等人，2024）。森林土壤在长期碳封存和水净化方面表现优异，有助于区域气候缓解和流域保护（Moomaw等人，2020）。尽管这两种土壤的理化性质不同，但它们共同调节能量流动和生物地球化学循环，从而增强了整个生态系统的活力和韧性（Taeumer等人，2021）。
土壤微生物在这些过程中起着核心作用，充当不可或缺的“生态系统工程师”。它们驱动有机物分解，介导养分转化，并参与土壤结构的形成和稳定（Moore等人，2005；Lu等人，2024）。微生物群落的动态是土壤健康状况的敏感生物指标，可以提前预警生态系统对环境扰动和土地利用变化的响应（Arias等人，2005；Kim等人，2022）。在微生物中，细菌是陆地生态系统中的关键类群。它们协调重要的生物地球化学功能，包括有机碳的矿化、生物固氮和磷的溶解，从而直接控制多种关键养分的可用性（Rashid等人，2016；Su等人，2023；Zhou等人，2023）。细菌群落的组成和代谢潜力是土壤碳封存效率的关键调节因素，影响全球碳-气候反馈的规模和方向（Wu等人，2023；Xue等人，2023）。值得注意的是，土壤微生物群落沿环境梯度表现出快速的组成和功能变化，为理解土壤性质、微生物生命和生态系统稳定性之间的复杂相互作用提供了深刻见解（Wang等人，2021；Travis等人，2024）。
土壤中的环境梯度源于深度和土壤形成过程的变化，包括温度、湿度、氧气和有机质分层（Cook等人，2013；Miele等人，2023；Wang等人，2023a）。这些因素改变了土壤性质（如pH值和养分生物有效性）（Li等人，2022），进而影响微生物群落结构和潜在功能的差异（Wang等人，2023b）。沿着深度梯度进行研究对于理解垂直异质性和生态系统对全球气候变化的响应至关重要（Frank-Fahle等人，2014；Kotas等人，2018；Liu等人，2019）。例如，在西林格尔退化的草原上，不同土壤深度的空间异质性超过了月度时间变化（Zhao等人，2021）。然而，关于微生物多样性与土壤深度之间的关系仍存在争议。对长白山森林土壤的研究发现，在0–10厘米深度范围内细菌多样性呈U形分布，这可能表明细菌多样性与土壤深度之间存在关联（Kang等人，2023）。相比之下，青藏高原高山草甸的研究表明，牦牛和绵羊的踩踏显著减少了0–10厘米深度土壤层中的细菌数量（Chai等人，2019）。
尽管先前的研究已经证明了土壤类型和深度对土壤微生物群落的影响（Eilers等人，2012；Delgado-Baquerizo等人，2018），但在中国北方的森林-草地过渡带缺乏系统的研究。此类研究需要多种代表性的土壤亚型、高分辨率的垂直分层（0–5厘米、5–10厘米、10–15厘米），并整合群落组成、代谢活性和功能潜力的数据，而这在该地区尚未实现。本研究旨在填补这一知识空白。先前的研究表明，土壤细菌多样性和群落组成随深度变化而变化。在森林中，多样性在富含有机物的表层达到峰值，随后随深度增加而减少，因为养分和氧气减少（Eilers等人，2012）。然而，某些类群（如放线菌门和酸杆菌门）在较深的层次中占主导地位，表明它们能够适应次优条件（Fierer等人，2007）。在草地，尤其是干旱地区，表层土壤富含分解者群落，而较深的层次则选择耐低氧和低养分的类群（Xu等人，2014）。
尽管已有相关知识，但仍存在关键空白，特别是在中国北方研究不足的森林-草地生态过渡带。尚未解决的关键问题包括：（1）不同植被类型（森林与草地）之间细菌群落沿深度梯度的变化模式有何系统差异？（2）驱动这些垂直和水平差异的主要环境因素（如土壤湿度、pH值、有机质和养分有效性）的相对贡献和身份是什么？（3）最重要的是，这些观察到的微生物群落结构和潜在功能的变化最终如何影响关键的土壤生态系统过程，包括养分循环效率和有机物分解动态？
为了解决这些问题，本研究在中国北方典型的森林和草地样地中全面分析了多个深度的土壤细菌群落结构和功能。利用高通量测序和其他先进的分析技术，我们研究了不同土壤深度的细菌多样性、群落组成和功能潜力。此外，我们还探讨了细菌群落与关键环境变量（如土壤pH值、水分含量和有机质含量）之间的关系，以确定微生物群落结构和功能的主要驱动因素。
