晋北赖草草地土壤微生物及氮转化过程对短期放牧的响应

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放牧是北方草地主要利用方式之一。放牧通过家畜的采食、踩踏、粪尿归还影响草地生物地球化学过程,但是不同的放牧强度如何影响草地土壤限制性养分——氮素转化过程的研究并不多见,尤其在农牧交错带草地,限制了我们对放牧草地生态系统生产力关键制约因子的认识。本研究以山西右玉典型农牧交错带赖草草地为研究对象,依托2016年建立的不同放牧强度试验平台,包括4个放牧强度:不放牧、轻度放牧(2.35羊单位·hm-2·生长季)、中度放牧(4.80羊单位·hm-2·生长季)和重度放牧(7.85羊单位·hm-2·生长季),研究不同放牧强度对该地区赖草草地土壤净氮矿化速率以及土壤微生物的影响。在放牧处理第4年的生长季(2020年5-9月),用顶盖PVC管法测定土壤净氮矿化速率以及用定量q PCR法测定土壤微生物指标,同时监测了植被地上、地下生产力、土壤养分含量及物理性状等指标,分析了土壤净氮矿化速率对不同放牧强度的响应及驱动机制,探究了植物-土壤-微生物对土壤净氮矿化速率影响的相对重要性,研究结果表明:(1)不同放牧强度处理下土壤净铵化速率、净硝化速率、净氮矿化速率在2020年生长季呈现明显的季节动态,且变化趋势一致。(2)放牧强度显著影响净铵化速率(P<0.05),但对净硝化速率和净氮矿化速率无显著影响(P>0.05)。轻度放牧显著降低土壤净氮矿化速率(P<0.05),净铵化速率、净硝化速率在不同放牧强度之间无显著差异(P>0.05)。(3)土壤细菌、真菌及氨氧化细菌丰度(Ammonia-oxidizing bacteria abundance,AOB),在不同放牧强度下呈明显的季节动态,都在9月份达到最大值,而氨氧化古菌丰度(Ammonia-oxidizing archaea abundance,AOA)变化比较平稳。放牧强度显著影响细菌、真菌丰度(P<0.05),对AOA、AOB丰度的影响不显著(P>0.05)。(4)土壤净氮矿化速率与地上生物量、凋落物量、微生物生物量碳氮比、细菌/真菌、AOA/AOB存在显著正相关关系(P<0.05),但是与土壤铵态氮和无机氮含量存在极显著负相关关系(P<0.01)。总体而言,短期不同放牧强度对农牧交错带赖草草地土壤净氮矿化速率和土壤微生物没有产生显著影响,虽然不同放牧强度显著影响了土壤温度、水分及地上有机质的输入,尤其对地上植物生物量(现存量)影响显著,但是这些生物和非生物因子尚未对土壤微生物结构与功能产生显著影响,说明短期不同放牧强度还没有对土壤微生物环境造成胁迫。因此,需要进行长时间尺度的研究,探究长期不同放牧强度如何影响农牧交错带赖草草地生物地球化学过程,为未来气候变化背景下农牧交错带草地管理提供科学依据。
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