羊粪添加与补播:调控亚热带草原土壤微生物网络,提升生态系统多功能性的关键策略

【字体: 时间:2025年05月07日 来源:Applied Soil Ecology 4.8

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  全球草原存在不同程度退化,研究人员针对亚热带草原开展 5 种恢复模式的 10 年实验,探究其对土壤微生物网络结构、多样性及生态系统多功能性的影响。结果显示,多种恢复模式有积极作用,补播加两年一次羊粪添加效果最佳,为草原恢复提供依据。

  在广袤的地球上,草原宛如大地的绿色披风,覆盖了约 40% 的陆地生态系统。它们不仅为无数的食草动物提供了丰美的食物,是重要的牧草生产基地,还在碳储存、维持生态平衡等方面发挥着关键作用。然而,由于人类过度放牧、不合理开发以及全球气候变化等因素,近半数的草原生态系统遭受了不同程度的破坏,就像一件华美的披风出现了破洞。
为了修复这些受损的草原,人们尝试了各种方法,其中补播和施肥是常用的手段。补播,就像是给草原播撒希望的种子,能快速增加物种多样性和草原生产力;施肥则可以为植物生长提供养分,增强土壤肥力。但传统的化肥使用也带来了新的问题,比如土壤酸化和养分失衡。而羊粪作为一种天然有机肥料,既能增加土壤养分,促进氮、碳循环,又相对环保,于是研究人员想到将其应用于草原恢复中。

目前,虽然有不少研究关注补播和添加牲畜粪便对单一生态系统功能的影响,但生态系统功能并非孤立存在,生态系统多功能性(Ecosystem multifunctionality)这一概念逐渐受到重视。它衡量的是生态系统支持多种服务和功能的能力,能更全面地评估恢复措施的效果。同时,土壤微生物在生物地球化学循环中至关重要,其网络复杂性和多样性与生态系统多功能性密切相关。不过,在草原恢复过程中,不同恢复模式对土壤微生物网络结构和多样性的影响,以及这些因素如何作用于生态系统多功能性,仍未完全明晰。

为了解开这些谜团,云南省草地动物科学研究院的研究人员开展了一项为期 10 年的长期实验。他们以严重退化的亚热带草原为研究对象,设置了 5 种恢复模式:自然恢复、补播、每年添加羊粪、补播加每两年添加一次羊粪、补播加每年添加一次羊粪,并以退化草原作为对照。

研究人员运用了线性混合效应模型等技术(样本取自云南昆明实验地的亚热带草原)。通过对不同恢复模式下的草原进行长期监测和分析,他们得出了一系列重要结论。

在生态系统多功能性方面,研究发现所有恢复模式都对生态系统多功能性有显著的正向影响(P<0.01) 。其中,添加羊粪的恢复处理(DG、DRA 和 DRB)效果更为突出。具体来看,DRA(补播加每年添加一次羊粪)和 NG(自然恢复)对生态系统多功能性的影响差异显著(P<0.05),DRA 影响最大,NG 最小。

在微生物网络复杂性和多样性上,所有恢复模式下的微生物网络复杂性和多样性都显著高于对照。而且,羊粪添加对生态系统多功能性、微生物网络复杂性和多样性的正向影响,比自然恢复和补播更强。进一步分析发现,土壤微生物网络复杂性对生态系统多功能性的正向作用,比微生物多样性更为显著。

综合各项指标,研究人员发现补播加每两年添加一次羊粪(DRB)这种恢复模式,在提升生态系统多功能性、微生物网络复杂性和多样性方面效果最为显著。

这项研究成果意义重大。它揭示了土壤微生物网络复杂性在亚热带草原恢复过程中,对生态系统多功能性起着至关重要的作用。这意味着在退化草原的恢复工作中,保护和恢复复杂的土壤微生物群落十分必要。研究结果为大规模草原生态恢复项目提供了科学依据,有助于生态学家更好地预测生态系统对长期恢复项目的响应,从而制定更有效的草原恢复策略。该研究成果发表在《Applied Soil Ecology》杂志上,为全球草原生态恢复领域的研究添上了浓墨重彩的一笔。

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