春季不同放牧强度下土壤多功能性的变化主要受土壤生物群落网络稳定性的影响

《Agriculture, Ecosystems & Environment》：Changes in soil multifunctionality under different grazing intensities in spring are mainly influenced by the stability of soil biota networks

高原草甸春季放牧实验表明，土壤生物网络复杂度随放牧强度增加显著下降，稳定性上升（EG比GE高7.95%），而土壤多功能性随强度增加先升后降（EG比LG降41.85%）。稳定性与多功能性显著负相关（P<0.05），铵态氮是驱动网络性质的关键因子。维持低中强度放牧（LG、MG）不影响稳定性或多功能性，揭示提升生态系统抗逆性而非生物多样性减少是多功能性下降的主因。控制春季放牧强度对维持生物网络稳定性和草场可持续管理至关重要。

　　本研究围绕春季牧场土壤生物群落与土壤多功能性的关系展开，旨在揭示过度放牧对土壤生态系统的影响机制，从而为制定合理的春季牧场管理策略提供科学依据。研究对象是青藏高原上的高寒草甸，这一生态系统不仅占据了高原总面积的60%以上，而且在维持区域生态安全和畜牧业发展方面具有重要作用。然而，近年来由于过度放牧，高原上的高寒草甸遭受了严重退化，这不仅影响了草地的生产力和生态功能，也对当地牧民的生活方式构成了威胁。

春季牧场的生态系统具有其独特性。一方面，春季是牧草恢复的关键时期，植被开始萌发，为牲畜提供食物来源；另一方面，由于冬季积雪融化后，牧草生长尚不充分，导致春季牧草资源相对匮乏。这种生态脆弱性使得春季放牧对土壤环境的影响更加显著。因此，研究者在高寒草甸中设置了五种不同放牧强度的控制实验：放牧排除（GE）、低强度放牧（LG）、中等强度放牧（MG）、高强度放牧（HG）和极高强度放牧（EG）。通过比较不同放牧强度对土壤生物群落特征及土壤多功能性的影响，研究者试图回答三个核心问题：第一，春季放牧如何影响土壤生物多样性及其网络属性？第二，土壤多功能性如何对春季放牧作出反应？第三，土壤多功能性与土壤生物多样性及其网络特征之间存在怎样的关系？

研究结果表明，随着放牧强度的增加，土壤生物网络的复杂性呈现出显著下降的趋势，而稳定性则表现出显著上升的趋势。在极高强度放牧（EG）下，土壤生物网络的稳定性比放牧排除（GE）高出7.95%。这表明，尽管放牧对土壤生物群落的多样性产生了负面影响，但通过某种机制，放牧可能增强了生物群落的稳定性。此外，合作性交互强度（正向凝聚力）和竞争性交互强度（负向凝聚力）的变化趋势符合二次回归模式，这表明放牧对土壤生物网络的交互模式存在非线性影响。

土壤生物网络的属性变化受到多种因素的驱动，其中铵态氮被确认为影响多个网络属性的关键因素。这一发现提示，土壤化学成分在调控土壤生物网络的稳定性方面起着重要作用。例如，当放牧强度增加时，土壤中铵态氮的含量可能发生变化，从而影响生物之间的相互作用。研究者还发现，土壤多功能性在放牧强度较低时呈现出上升趋势，但在极高强度放牧下则显著下降，比低强度放牧（LG）降低了41.85%。这说明，土壤多功能性与放牧强度之间存在一个非线性的关系，即在某个临界点之后，放牧强度的增加会显著削弱土壤的功能。

进一步分析表明，土壤生物多样性与土壤多功能性之间的关系并不显著，而在某些情况下，土壤生物网络的稳定性与土壤多功能性之间存在显著的负相关。这表明，土壤生物群落的稳定性可能比多样性对土壤功能的维持更为关键。具体而言，土壤生物稳定性（即对逆境的抵抗力）的增强，而非多样性（即资源获取能力）的降低，是导致土壤多功能性下降的主要因素。因此，维持较低的放牧强度（LG、MG）不仅不会对土壤生物稳定性造成负面影响，反而有助于保持土壤多功能性。

研究者特别指出，土壤生物稳定性对于土壤多功能性的变化具有重要作用。无论是细菌还是原生动物，它们的稳定性都可能影响土壤的功能表现。在高寒草甸中，土壤生物群落的稳定性可能决定了土壤在面对放牧压力时的恢复能力。例如，在低强度放牧下，土壤生物群落可能具有较高的稳定性，从而支持土壤多功能性的维持；而在高强度放牧下，土壤生物群落的稳定性可能受到破坏，导致土壤多功能性显著下降。这种现象可能与土壤生物群落的组成变化有关，即随着放牧强度的增加，土壤中某些关键生物类群的数量可能减少，从而影响整个生态系统的功能表现。

此外，研究者还发现，不同放牧强度对土壤生物群落的多样性产生了不同的影响。例如，在放牧排除（GE）下，土壤生物多样性显著降低，而在低强度放牧（LG）和中等强度放牧（MG）下，土壤生物多样性保持相对较高。这表明，完全排除放牧可能会对土壤生物群落的多样性造成负面影响，而适度放牧则可能有助于维持土壤生物的多样性。然而，土壤生物多样性与土壤多功能性之间的关系并不显著，这可能意味着土壤生物多样性并不是决定土壤多功能性的主要因素。

土壤生物网络的复杂性与稳定性是土壤多功能性的两个重要指标。复杂性可以增强生态系统的恢复能力，而稳定性则有助于生物群落在面对环境变化时维持其平衡。在研究中，这两个属性均与土壤多功能性存在显著的相关性。例如，在自然恢复过程中，生物网络复杂性的增加可能是生态系统功能恢复的关键驱动力。因此，研究者认为，土壤生物网络的复杂性和稳定性对于土壤多功能性的维持具有重要意义。

研究者还指出，尽管已有大量研究探讨了放牧对草地生态系统的影响，但大多数研究集中在生长季节，而对春季牧场的土壤功能变化及其与土壤生物群落的关系研究相对较少。因此，本研究通过设置不同放牧强度的实验，试图填补这一研究空白。研究者发现，春季牧场的土壤生物群落对放牧强度的变化表现出高度敏感性，这可能与春季生态系统的特殊性有关。

土壤多功能性作为评估生态系统功能和土壤健康状态的综合指标，具有重要的生态意义。土壤生物群落的多样性是土壤生物多样性的重要组成部分，包括微生物（如真菌和细菌）、原生动物、线虫和节肢动物等。这些多营养级的生物通过复杂的相互作用，如竞争和共生，形成了土壤生物网络，并构建了多样化的土壤生态系统。研究者发现，土壤生物多样性及其网络属性对土壤功能具有重要影响，包括养分循环、土壤结构改善和对逆境的抵抗力等。

在本研究中，土壤生物网络的复杂性表现出显著下降的趋势，而稳定性则表现出显著上升的趋势。这一发现表明，随着放牧强度的增加，土壤生物网络的结构可能发生变化，从而影响土壤的功能表现。此外，研究者还发现，合作性交互强度和竞争性交互强度的变化趋势符合二次回归模式，这表明放牧对土壤生物网络的交互模式存在非线性影响。

土壤生物网络的稳定性可能比复杂性对土壤多功能性的维持更为关键。例如，在极高强度放牧下，土壤生物网络的稳定性显著增强，而复杂性则显著下降。这一现象可能与土壤生物群落的组成变化有关，即随着放牧强度的增加，土壤中某些关键生物类群的数量可能减少，从而影响整个生态系统的功能表现。因此，研究者认为，土壤生物网络的稳定性对于土壤多功能性的变化具有重要作用。

此外，研究者还发现，土壤生物网络的稳定性与土壤多功能性之间存在显著的负相关。这表明，随着放牧强度的增加，土壤生物网络的稳定性可能增强，而土壤多功能性则可能下降。这一现象可能与土壤生物群落的组成变化有关，即随着放牧强度的增加，土壤中某些关键生物类群的数量可能减少，从而影响整个生态系统的功能表现。因此，研究者认为，土壤生物网络的稳定性对于土壤多功能性的变化具有重要作用。

综上所述，本研究通过设置不同放牧强度的实验，揭示了春季牧场土壤生物群落与土壤多功能性之间的关系。研究发现，随着放牧强度的增加，土壤生物网络的复杂性显著下降，而稳定性显著上升。土壤多功能性在低强度放牧下表现出上升趋势，但在高强度放牧下则显著下降。土壤生物多样性与土壤多功能性之间的关系并不显著，而土壤生物网络的稳定性与土壤多功能性之间存在显著的负相关。这一研究结果提示，维持较低的放牧强度对于保持土壤生物稳定性及土壤多功能性具有重要意义。同时，研究者还指出，土壤生物网络的稳定性可能比多样性对土壤功能的维持更为关键。因此，春季牧场的管理应注重放牧强度的控制，以维持土壤生物稳定性，从而保障土壤多功能性的持续性。