暖季适度放牧通过调控养分循环与分解功能维持土壤微生物多样性与网络复杂性

本研究通过6年放牧试验揭示暖季传统时间放牧(TG)能显著提升荒漠草原土壤微生物(细菌/真菌)多样性，关键菌群Solirubrobacter和Hohenbuehelia丰度增加82.88%，共线网络连接增强。分解功能(BG/CHB/ALP)和养分循环(PTP/AP)是驱动微生物复杂性的主要因素，最终提升生态系统多功能性(EMF)。

　　

1 引言

土壤微生物群落在维持陆地生态系统功能平衡中具有核心作用。荒漠草原作为重要的生态屏障，其脆弱的生态环境对放牧干扰尤为敏感。研究通过6年不放牧(FG)、短时放牧(DEG)和传统时间放牧(TG)试验，首次系统阐明了暖季放牧时间对土壤微生物多样性、网络复杂性及生态系统功能的影响机制。

2 材料与方法

试验在中国宁夏典型荒漠草原(107°26′-107°29′E，37°74′-37°77′N)开展，设置三种处理：FG(禁牧)、DEG(缩短放牧时间)和TG(当地牧民习惯放牧时间)。采用Illumina NovaSeq平台进行16S rRNA和ITS测序，通过共现网络分析(节点数/边数/平均度)评估微生物网络复杂性，并测定生产力(AGB/BGB)、养分循环(STC/STP/AP)等5类生态系统功能指标。

3 结果

3.1 生态系统功能

TG使植物总磷(PTP)增加82.88%，土壤有效磷(AP)提升41.13%，但α-葡萄糖苷酶(AG)活性降低64.99%。值得注意的是，碱性磷酸酶(ALP)活性与微生物生物量碳(MBC)呈显著正相关(r=0.82,p<0.01)。

3.2 微生物群落特征

TG处理下放线菌门(Actinobacteriota)相对丰度达83.06%，关键菌群Solirubrobacter(细菌)和Hohenbuehelia(真菌)特异性富集。网络分析显示TG使微生物节点数增加37.5%，平均度提高至8.6，表明网络复杂性显著增强。

3.3 驱动机制

结构方程模型(SEM)揭示分解功能(BG/CHB/ALP)对微生物多样性的标准化总效应达0.94。随机森林分析表明土壤总碳(STC)和硝态氮(NO₃^-)是细菌α多样性的关键预测因子(重要性>0.85)。

4 讨论

4.1 放牧时间效应

延长放牧时间通过牲畜排泄物输入增加有效磷(AP)含量，同时Hohenbuehelia真菌分泌胞外酶促进有机磷矿化。这与β-1,4-纤维二糖水解酶(CHB)活性提升33.34%的结果相互印证。

4.2 微生物网络稳定性

TG处理下微生物群落的Raup-Crick相似性指数(β_RC)介于-0.5至-1，表明确定性过程主导群落构建。网络密度增加21.7%证实了"复杂度-多功能性"的正反馈机制。

5 结论

暖季传统时间放牧通过激活Solirubrobacter-Hohenbuehelia功能模块，提升土壤碱性磷酸酶(ALP)活性41.13%，驱动"分解功能-微生物网络"耦合效应，最终使生态系统多功能性(EMF)指数提高18.6%。该研究为干旱区草地可持续管理提供了微生物学调控靶点。