新疆是我国最大的棉花生产基地,常年连作种植和大量化肥使用,棉田土壤环境已发生显著变化。大量研究表明,土壤特征与土壤微生物息息相关,微生物组大数据在土壤健康的评价指标制定中发挥决定性作用。然而,目前新疆棉田土壤微生物组与土壤健康的研究尚处于起步阶段。新疆棉田土壤微生物多样性和群落结构的研究不足,季节变化对土壤微生物群落及功能预测研究较少,缺乏足够的土壤微生物大数据,无法把环境因子与微生物的相互作用解释清楚。本研究自西向东选取天山北坡经济带博乐、奎屯、石河子、阜康等地区,东疆哈密及南疆阿克苏共六个典型棉区,在空间尺度上通过分析南北疆不同海拔、土壤质地的棉田土壤信息（包括土壤理化性质、微生物群落结构、多样性）,在时间尺度上,通过构建春季、季夏及秋季的土壤细菌共现网络模型挑选核心物种,随机森林模型预测起到关键作用的物种,并对棉田微生物进行生态功能预测。在此基础上建立基于土壤微生物完整性指数的土壤健康分级及评价标准,建立土壤微生物大数据资源数据库并实现云平台展示,为新疆棉田土壤健康及原位功能菌种分离鉴定提供理论指导。论文主要结论如下:1.新疆土壤微生物群落结构及多样性对研究区域内171个土壤样品进行高通量测序,共得到12,530,035条高质量的细菌序列,选取奎屯24个土壤样品,获得4,593,695条高质量的土壤真菌序列。细菌优势菌门主要包括:变形菌门（Proteobacteria）20.9-29.8%、酸杆菌门（Acidobacteria）16.1-30.6%、疣微菌门（Verrucomicrobia）8.7-28.9%、厚壁菌门（Chloroflexi）6.6-21.2%,其中变形菌门是棉田中的优势菌门。真菌优势菌门主要包括:子囊菌门（Ascomycota）,担子菌门（Basidiomycota）,接合菌门（Zygomycota）,壶菌门（Chytridiomycota）为主要优势真菌门。表明在新疆棉田土壤中细菌以变形菌门为主,真菌以子囊菌门为主。天山北坡经济带,东疆及南疆棉田丰度大于1%的优势菌门南北疆差异较为显著:变形菌门、拟杆菌门、疣微菌门,南疆阿克苏高于北疆博乐、奎屯、石河子、昌吉及东疆哈密,放线菌门、酸杆菌门、厚壁菌门南疆阿克苏高于北疆博乐、奎屯、石河子、昌吉及东疆哈密。α多样性差异分析结果表明棉田土壤微生物物种丰富度、谱系多样性、PD指数南疆阿克苏高于北疆博乐、奎屯、石河子、昌吉及东疆哈密,说明南疆物种丰富度较高。β多样性得出PC1=55.42%,PC2=21.54%,北疆,东疆和南疆群落结构明显区分开,小部分重叠。新疆绿洲棉田和原始胡杨林土壤中的细菌群落结构明显不同,人为扰动对细菌群落结构影响较大。不同产量棉田棉田土壤真菌α及β多样性差异不显著。微生物群落结构较为集中,南疆的细菌群落结构丰富度较高,这些结果为更好的利用棉田土壤微生物提供依据,为筛选原位土壤微生物提供了有力的支撑。2.季节变化对新疆棉田土壤微生物群落结构和功能影响不同季节对棉田土壤细菌β多样性的影响,春季和夏季群落距离较为接近,秋季与春季和夏季明显分开。秋季新疆不同熟性地区棉田熟性越晚的地区放线菌浓度越低,放线菌门在哈密地区及奎屯地区丰富都较低在0.08-0.16之间,在石河子及博乐地区丰度较高,0.32-0.4之间。FAPROTAX细菌群落生态功能预测新疆棉春季,夏季,秋季田土壤细菌群落生态功能,可预测比例分别为31.45%,32.3%,15.3%,硝化作用北疆高于南疆和东疆,反硝化作用北疆高于南疆低于东疆。PICRUSt2代谢功能强度趋势南疆高于北疆高于东疆。通过网络模型及随机森林模型进一步确认季节对棉田土壤微生物群落能的影响程度,并对生态功能及其代谢功能进行预测,获得理论上的突破和更有力的数据和证据,为筛选出促进棉花生长发育的菌种奠定基础。3.环境因子对土壤中微生物群落结构的影响通过对新疆地区环境与土壤微生物的相关性研究,发现新疆棉田土壤细菌群落的多样性和组成更多地取决于土壤的化学特性,而不是海拔或土壤质地。有效氮和有效钾含量对土壤细菌群落多样性有重要影响。这些发现将提高我们在绿洲开发过程中预测和管理土壤微生物多样性的能力。4.建立基于土壤微生物完整性指数的土壤健康评价体系以整个研究区域博乐,奎屯,石河子,阜康,哈密及阿克苏绿洲棉田的171个采样点的土壤细菌数据为基础,选取微生物完整性指数（M-IBI）的95%分位数作为健康评价标准,初步建立M-IBI指标评价等级体系。M-IBI指数大于2.17、1.71-2.17、1.14-1.71、0.57-1.14、小于0.57分别为健康、亚健康、一般、较差、极差。68%处于健康状态,25%处于亚健康状态,4%处于一般,不到5%处于较差或者极差状态。结合对棉田土壤理化参数基础上的土壤养分地力情况分析,发现M-IBI可以较合理地评价棉田土壤微生态系统健康状况。5.建立基于Hadoop新疆棉田土壤微生物资源大数据分析平台通过细菌优势菌门及α多样性数据建立随机森林回归模型预测棉花产量及病害发成情况,并与实测值做拟合验证结果达到0.83以上。平台已集成约1.7 GB的土壤微生物数据和5-6 GB多尺度的多环境因子数据,从而更好掌握新疆棉田土壤微生物资源,为探索土壤微生物组驱动土壤健康的生态机制,为棉田土壤健康评估中微生物指标的制定提供有力支撑。