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为探究退化和恢复草地中土壤有机质组成与微生物群落影响生态系统多功能性（EMF）的机制，兰州大学等研究人员采集不同类型草地样本，开展相关研究。结果发现土壤有机质组成影响微生物群落结构进而影响 EMF ，这为生态修复管理策略提供了重要依据。
在广袤的青藏高原，曾经生机勃勃的草地正面临着严峻的挑战。过度放牧、气候变化等因素，让草地生态系统不堪重负，生物多样性锐减，土壤养分流失。在生态系统恢复过程中，土壤有机质组成和微生物群落是影响生态系统多功能性（EMF）的关键因素，但在退化和恢复草地中，它们之间的相互作用机制却鲜为人知。为填补这一知识空白，兰州大学等研究机构的研究人员踏上了探索之旅，相关研究成果发表在《Environmental Microbiome》上。
研究人员为了深入了解土壤有机质组成、微生物群落、微生物碳代谢等因素对 EMF 的影响，开展了一系列研究。研究人员在青藏高原的三个县选取了 36 个不同退化和恢复程度（2 - 14 年）的草地作为研究地点，这里属于高原大陆性气候，植被以高寒草甸和高寒嵩草草甸为主，土壤主要是草甸土。他们精心挑选了典型的非退化、退化和恢复草地，包括高寒沼泽草甸（ASM）、高寒嵩草草甸（AKM）、严重退化高寒草甸（SDM）、短期恢复草地（ASR，<5 年）和长期恢复草地（ALR，6 - 14 年）。
在样本采集环节，研究人员在每个样地随机选取 3 个 0.5×0.5m 的子样方，测定植被高度和覆盖度，收获地上生物量并烘干称重，同时采集土壤和根系样本。土壤样本一部分用于高通量测序分析微生物群落多样性，另一部分风干后测定理化性质。研究人员运用多种技术方法，如高通量测序来分析土壤微生物群落，通过液相色谱和质谱联用技术测定土壤有机质组成，利用 Biolog Eco - Microplates 测定土壤微生物碳代谢活性，综合这些数据评估生态系统多功能性。
土壤理化性质、微生物碳代谢特征和生态系统多功能性
研究发现，高寒沼泽草甸的土壤含水量（WC）、土壤有机碳（SOC）、土壤总磷（TP）和土壤总氮（TN）含量高于其他类型草地。而在植物方面，高寒沼泽草甸和高寒嵩草草甸地上植物和根系的 TN 和 TP 含量低于严重退化高寒草甸以及恢复草地。恢复草地的 EMF 以及氨基酸和胺的利用率有所增加，高寒沼泽草甸的微生物代谢活性高于退化草地。土壤性质和土壤有机质组成对细菌群落的影响大于真菌群落。土壤性质、地上植物 TN 和根系 TP 影响细菌和真菌群落的相似性，土壤性质的异质性增加会使细菌和真菌群落相似性的衰减率降低，且细菌的变异性更大。虽然长期恢复草地土壤养分含量下降，但植物养分含量增加，土壤微生物提高了对某些碳源的利用效率，对 EMF 产生了积极影响。
微生物多样性和群落组成
高寒沼泽草甸退化导致细菌多样性下降，恢复草地中细菌和真菌的香农多样性指数和丰富度相较于高寒嵩草草甸有所增加，严重退化高寒草甸和恢复草地的细菌多样性无显著差异。EMF 随土壤微生物丰度和多样性的增加而增加，细菌群落的丰度和多样性与生态系统 N 功能呈正相关。真菌群落多样性受土壤性质影响较大，土壤养分含量降低会使真菌群落多样性增加。在退化的高寒沼泽草甸中，细菌和真菌群落组成的差异增大；在恢复草地中，细菌群落的 β 多样性降低，真菌群落的 β 多样性增加。不同草地类型中微生物群落组成发生改变，优势细菌和真菌门的相对丰度也有所不同，表明草地退化和恢复对土壤微生物组成有显著影响。
微生物群落的共现模式和生态系统多功能性
通过网络分析，研究人员发现细菌网络包含变形菌门（35%）、酸杆菌门（30%）和拟杆菌门（9%）等，真菌网络包含子囊菌门（37%）、担子菌门（4%）和接合菌门（3%）等。严重退化高寒草甸和恢复草地中细菌和真菌群落网络的节点数、度和边数更多，平均路径长度更短，网络稳定性更高。微生物网络的节点数、边数和平均度与 EMF 呈正相关，平均路径长度与 EMF 呈负相关，说明土壤微生物的复杂性能够促进 EMF。
微生物群落的组装过程和生态系统多功能性的潜在重要预测因子
中性群落模型对高寒沼泽草甸细菌的拟合度较低（r2=0.25），对其他草地的拟合度较高（r2>0.50）。高寒沼泽草甸群落受确定性过程影响，其他草地受随机过程影响。退化和恢复草地中细菌群落的组装过程主要受扩散限制，真菌群落组装过程在沼泽草甸退化后从随机过程转变为确定性过程。随机森林模型分析表明，地上植被 TP 含量（7.9%）、根系 TP 含量（16.8%）、土壤有机化合物组成（8.5%）等是 EMF 的重要预测因子。土壤有机化合物组成对恢复草地中微生物 α 多样性、群落结构、网络稳定性和 EMF 有直接影响。
研究结论表明，土壤有机质组成在恢复草地中对支持和维持 EMF 至关重要。恢复草地中土壤微生物多样性、丰富度以及氨基酸和胺的利用效率相较于退化草地有所增加。土壤糖类和氨基酸对微生物多样性和群落结构有强烈直接影响，黄酮类化合物和有机酸在恢复草地中与 EMF 的关系更强。这些结果说明土壤有机质组成可以重塑恢复草地中微生物群落的组成并维持 EMF。在讨论部分，研究人员进一步分析了环境因素对土壤微生物组成的影响、恢复草地中生态系统多功能性提高的原因以及微生物网络稳定性对生态系统多功能性的决定作用。该研究强调在制定政策和进行土壤管理时，应考虑土壤微生物网络复杂性和土壤有机质组成的作用，这对于增强退化高寒草甸恢复过程中的 EMF 和生态系统可持续性具有重要意义。
研究人员为开展研究，主要运用了以下关键技术方法：首先，在样本采集后，使用试剂盒提取土壤总 DNA ，并通过 PCR 扩增细菌 16S rRNA 的 V3 - V4 区域和真菌的 ITS1 基因，利用 Illumina novaseq 6000 进行高通量测序分析微生物群落。其次，采用液相色谱和质谱联用技术测定土壤有机质组成。最后，利用 Biolog Eco - Microplates 测定土壤微生物碳代谢活性，并综合多个土壤和植被变量评估生态系统多功能性。
