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为明确放牧活动（尤其是排泄物输入）对土壤动物促进凋落物分解的影响，研究人员通过 660 天田间实验，探究牦牛排泄物与土壤动物对凋落物分解的交互作用。发现排泄物可增强土壤动物的促进效应，其机制随排泄物类型和分解阶段而异，为高寒草甸养分循环研究提供新视角。
在高寒草甸生态系统中，植物凋落物分解是碳、氮等元素循环的关键环节，对维持生态系统功能至关重要。土壤动物作为分解者的重要组成部分，通过物理破碎和调控微生物活动影响分解过程。然而，以往研究多聚焦土壤动物或 livestock excreta 单独对凋落物分解的作用，缺乏两者交互效应的深入探讨，尤其是牦牛排泄物类型（粪、尿及其组合）在不同分解阶段如何调节土壤动物功能仍不明确。牦牛作为高寒草甸的主要放牧家畜，其排泄物输入可能通过改变土壤养分、湿度和微生境，与土壤动物形成复杂的互作网络，进而影响分解速率和养分释放模式。因此，揭示两者的协同作用机制，对理解高寒草甸碳氮循环过程及放牧管理具有重要科学意义。
兰州大学、中国林业科学研究院等机构的研究人员开展了相关研究，以高寒草甸凋落物为对象，设置土壤动物存在与排除（通过 3 mm 和 0.01 mm 孔径网袋控制）、牦牛排泄物添加（对照、单施粪、单施尿、粪尿共施）的双因素实验，进行了为期 660 天的野外分解观测。研究发现，牦牛排泄物显著增强土壤动物对凋落物分解的促进作用，且该效应随排泄物类型和分解阶段而异，相关成果发表在《Communications Biology》。
研究主要采用了以下技术方法：
- 凋落物袋法：使用不同孔径网袋（3 mm 允许土壤动物进入，0.01 mm 阻挡）包裹凋落物，置于田间进行分解实验。
- 排泄物添加处理：模拟自然放牧条件，向凋落物袋施加牦牛粪（1 kg / 袋）、尿（0.5 L / 袋）及粪尿混合处理。
- 样品采集与分析：定期回收凋落物袋，测定剩余干质量及半纤维素、木质素、N、P、S 等含量；同步采集土壤样品，分析土壤温度、湿度、pH、碳氮磷含量、微生物生物量碳（MBC）和氮（MBN）等理化指标；采用手捡法和 Tullgren 漏斗分离土壤动物，进行种类鉴定和数量统计。
- 数据建模与统计分析：利用指数模型拟合分解过程，计算分解常数（k）和养分释放率；通过结构方程模型（SEM）分析排泄物、土壤动物、土壤性质与分解指标的因果关系。
结果
土壤动物与牦牛排泄物对凋落物分解速率的影响
在土壤动物存在条件下，单施粪（D）和粪尿共施（DU）处理显著提高凋落物分解常数（ΔK）、半纤维素和木质素降解率及 N、P 释放率。例如，整个分解阶段（0-660 天），D 处理使 ΔK、木质素降解率和 N 释放率分别增加 116.3%、50.3% 和 35.9%，DU 处理分别增加 98.2%、47.5% 和 41.2%。单施尿（U）处理对分解指标无显著影响。土壤动物缺失时，各排泄物处理对分解速率的影响均不显著，表明土壤动物是排泄物促进分解的关键媒介。
达到 75% 质量损失和养分释放的时间提前量
与无土壤动物且无排泄物的对照（CK_abs）相比，土壤动物存在（CK_pre）使凋落物质量损失 75% 的时间提前 45 天，N 释放提前 89 天。添加排泄物进一步缩短时间：D_pre 和 DU_pre 处理使质量损失 75% 的时间较 CK_pre 分别提前 126 天和 126 天，N 释放提前 169 天和 193 天。表明排泄物与土壤动物的协同作用显著加速分解进程。
分解驱动因素的阶段性差异
- 早期阶段（0-300 天）：土壤动物存在时，分解速率与土壤全氮（TN）、水分（SM）、微生物生物量氮（MBN）及土壤动物密度（SFD）呈正相关，与微生物生物量碳氮比（MBC:MBN）呈负相关。排泄物通过增加土壤养分和湿度，吸引土壤动物聚集，促进易分解物质（如半纤维素）的快速降解。
- 后期阶段（300-660 天）：分解速率主要受土壤全碳（TC）、pH、微生物生物量碳（MBC）和土壤动物类群数（NSFG）调控。粪添加持续提供碳源，提高土壤 pH，促进真菌等微生物降解木质素，而尿添加因高氮抑制木质素分解酶活性，导致分解效应不显著。
结构方程模型（SEM）揭示的调控机制
早期阶段，牦牛排泄物通过直接增加土壤养分（TC、TN、TP）和 MBN，间接促进分解；后期阶段，排泄物通过调节土壤 TC 和 pH，影响微生物群落结构和酶活性，进而驱动分解。土壤动物的物理破碎作用（如蚯蚓翻动土壤、弹尾目昆虫取食菌丝）和营养级互作（如捕食微生物）是连接排泄物输入与分解过程的关键环节。
结论与讨论
本研究首次系统揭示了牦牛排泄物与土壤动物在凋落物分解中的协同效应，证实排泄物通过 “养分沉积 - 土壤动物聚集 - 微生物调控” 路径增强分解，且该机制具有显著的阶段性和排泄物类型特异性。早期以氮素和水分驱动为主，后期依赖碳源供应和 pH 调节。研究结果拓展了放牧生态系统中 “动物 - 土壤 - 分解者” 互作的认知，为高寒草甸养分循环模型提供了关键参数，也为优化放牧管理（如排泄物空间分布调控）以维持生态系统功能提供了科学依据。未来研究需进一步整合植物 - 土壤 - 动物的长期互作数据，完善气候变化下的分解动力学模型。
