降水变化下宁夏荒漠草原土壤微生物代谢的磷限制特征及其生态调控机制

本研究发现降水增加显著提升C、N、P获取酶活性，通过胞外酶化学计量（EES）揭示微生物磷限制现象。结构方程模型（SEM）证实生物因子（群落结构/多样性）对代谢限制的控制强于非生物因子，为干旱草地生态系统恢复提供了通过靶向磷肥调控微生物养分限制的科学依据。

　　

Highlight

本研究通过酶矢量分析揭示干旱草地微生物代谢的磷限制特征，证实降水增加通过改变微生物群落结构和酶活性 stoichiometry 加剧磷限制，为气候变化下草地生态系统管理提供理论依据。

Conclusion

本研究揭示半干旱荒漠草原降水梯度通过改变胞外酶活性和群落组成强烈影响微生物代谢限制。降水增加显著提升C、N、P获取酶活性，其中磷限制主导微生物代谢过程。微生物群落通过优势类群转移（放线菌门Actinobacteriota、绿弯菌门Chloroflexi、子囊菌门Ascomycota）实现适应，结构方程模型证实非生物和生物因子及其交互作用共同驱动微生物代谢限制。这些发现强调磷有效性是干旱草地微生物功能的关键限制因子，为通过靶向养分管理增强生态系统韧性提供了重要见解。

Section snippets

Study sites

本研究在盐池北部荒漠草原（37°43′N～37°77′N, 107°16′E～107°27′E；海拔1431米）开展（图1A）。该区域代表典型的农牧交错带，属温带大陆性季风气候，年均温8.6°C，年均降水量311毫米，其中>80%降水集中在7-9月（图1B）。土壤类型为旱成土（FAO分类），pH约8.8，土壤含水量4.4%，全碳2.8 g·kg^?1。

Soil physicochemical properties and soil microbial biomass

研究期间测量的土壤理化性质对降水处理表现出显著响应（表1）。土壤pH在增水处理下显著升高，但在P33处理下显著降低。TC和TN含量随降水增加呈上升趋势，P166处理的TC、TN含量较P33处理显著提高66.39%和61.90%。P166处理的C:P和N:P比值显著低于P33和P66处理。

Response of soil EEA to precipitation manipulation

土壤酶作为生态系统代谢过程的关键催化剂，其活性模式和化学计量特征为微生物对气候变化的响应提供敏感指标，同时反映微生物养分需求与限制[8]。我们的结果表明降水增加显著增强胞外酶活性，在湿度提升条件下达到最大值（图3），这支持我们的第一个假设，并与先前研究一致。