典型草原放牧强度对土壤微生物α-多样性及网络复杂性的调控机制研究

为解决放牧活动对草原土壤微生物群落影响机制不明确的问题，中国农业科学院草原研究所团队通过十年控制实验，揭示了典型草原不同放牧强度下土壤细菌α-多样性显著增加而β-多样性降低、真菌群落稳定性及微生物网络复杂性减弱的规律，为草原可持续管理提供了重要理论依据。

　　

草原生态系统覆盖地球陆地面积的显著部分，承担着食物生产、养分循环和水土保持等关键功能。然而，过度放牧导致的草地退化问题日益严重，尽管放牧活动通过粪便沉积和践踏作用改变植物特征与土壤非生物性质，进而影响微生物群落，但其对典型草原土壤微生物多样性、组成及网络复杂性的长期影响机制尚不明确。这一知识缺口严重制约了草原生态系统的科学管理。

中国农业科学院草原研究所的Yiyang Zhao团队在内蒙古锡林郭勒典型草原开展了为期十年的控制实验，系统研究不同放牧强度（无放牧NG、中度放牧MG、高强度放牧HG）对土壤微生物的影响。研究发现：放牧显著提升细菌α-多样性但降低β-多样性，真菌α-多样性保持稳定；高强度放牧导致土壤多功能性下降和微生物网络复杂性减弱，其中细菌群落响应更为敏感。该成果发表于《Agriculture, Ecosystems》，为草原生态系统的可持续管理提供了关键科学依据。

研究采用的主要技术包括：基于16S rRNA和ITS测序的微生物群落分析、土壤理化性质检测（容重BD、有机碳SOC、全氮TN、全磷TP）、微生物共现网络构建等。实验样本来源于内蒙古锡林浩特市海拔1111-1121米的典型草原定位观测站。

【研究结果】

1. 放牧强度对土壤性质及多功能性的影响
   十年数据显示，放牧强度显著改变土壤物理化学性质：高强度放牧使土壤容重（BD）增加，有机碳（SOC）、全氮（TN）和全磷（TP）含量显著降低。土壤多功能性指数在高强度放牧下较无放牧区下降28.6%。

2. 微生物群落多样性响应规律
   细菌α-多样性（Shannon指数）随放牧强度增加而显著上升，但β-多样性（Bray-Curtis距离）明显降低；真菌α-多样性无显著变化，但群落组成发生重构。这表明细菌对环境变化的敏感性高于真菌。

3. 微生物网络复杂性变化
   共现网络分析显示，高强度放牧使细菌网络节点数减少34%，平均路径长度增加，模块性降低；真菌网络虽保持较高复杂性，但关键物种连接度显著下降。这与"中度干扰假说"的预测部分吻合。

【结论与意义】
该研究首次系统阐明了典型草原长期放牧活动中土壤微生物的响应阈值：适度放牧（MG）可维持微生物多样性，但高强度放牧（HG）会导致微生物网络结构简化与功能退化。这一发现为草原管理提供了重要启示：
1）细菌群落可作为放牧强度监测的敏感生物指标；
2）微生物网络复杂性变化先于多样性改变，是评估生态系统健康的早期预警信号；
3）建议将放牧强度控制在中等水平（约3.5羊单位/公顷）以维持土壤生态功能。研究建立的微生物-放牧强度响应模型，为全球变化背景下草原生态系统的适应性管理提供了理论框架。