喀斯特人工牧草生态系统管理对土壤微食物网的影响

The development of herbivorous animal husbandry is conducive to both restoration of karst degraded ecosystems and overcome poverty of local famers in Southwest China. As the foundation of the herbivorous animal husbandry, the productivity of grasses is limited by soil nutrient deficiencies (especially nitrogen and phosphorus) in the degraded karst pastures. Fertilizer application can remarkably improve the soil fertility, but may induce environmental pollution. Therefore, researchers and ecosystem managers pay more attentions on biological ecosystem-management practices (e.g., legume and arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) additions) to improve soil fertility. However, the impacts of the biological management practices on soil quality and ecosystem services are poorly known. The present project will explore the effects of legume addition and/or AMF addition on soil micro-food webs, grass biomass yield, ecological stoichiometry of carbon, nitrogen and phosphorus in grass and soil, and litter decomposition and nutrient mineralization processes of a karst pasture. The ecosystem services of legume and AMF will be evaluated. The mechanisms of how legume and AMF influence the soil micro-food web composition, soil nitrogen and phosphorus mineralization processes, and ecosystem services will be explored in a hierarchical way of ecosystem component-process-function. The project will improve our insight of the ecosystem services of legume and AMF in karst ecosystems and potentially conducive for sustainability of the pastures and the herbivorous animal husbandry in karst region.

喀斯特区域是受地质背景制约的脆弱生态系统，保护性种植牧草、发展农牧结合的草食畜牧业是推动该区石漠化治理和农民脱贫的重要途径。牧草作为草食畜牧业的基础，其生产力受到该区土壤氮磷等养分匮乏的限制。施化肥是最常规的氮磷管理方式，但既增加了成本又会引起污染等问题。因此，氮磷的生物调控措施（如豆科植物和丛枝菌根真菌添加）在草地管理实践中的重要作用急需引起重视。但这些措施对土壤质量和生态服务的影响，目前还缺乏系统性认识。本项目拟选择人工牧草生态系统，研究豆科植物和丛枝菌根真菌添加对土壤微食物网主要组分（微生物和线虫群落）的影响，利用其组成和结构状况来指示和评价土壤质量状况；并结合牧草产量、牧草和土壤碳氮磷生态化学计量学特征及土壤养分矿化等过程，阐明这些生物调控措施对土壤微食物网的作用机制，弄清它们对牧草生产力维持和土壤养分供应等生态服务的贡献量，为西南喀斯特地区人工生态系统服务维持和提升提供科学依据。

喀斯特区域是受地质背景制约的脆弱生态系统，保护性种植牧草、发展农牧结合的草食畜牧业是推动该区石漠化治理和农民脱贫的重要途径。牧草作为草食畜牧业的基础，其生产力受到该区土壤氮磷等养分匮乏的限制。施化肥是最常规的氮磷管理方式，但既增加了成本又会引起污染等问题。因此，氮磷的生物调控措施（如豆科植物和丛枝菌根真菌添加）在牧草地管理实践中的重要作用急需引起重视。但这些措施对土壤质量和生态服务的影响，目前还缺乏系统性认识。本项目拟选择杂交构树人工生态系统，研究生物调控措施和传统化肥添加对土壤微食物网主要组分（微生物和线虫群落）的影响，利用其组成和结构状况来指示和评价土壤质量状况；采用宏基因组测序方法测定微生物氮磷循环功能基因丰度和相关类群丰度变化，以评估土壤微生物氮磷循环的内在潜力大小；并结合牧草产量及土壤养分矿化等过程，阐明这些生物调控措施和化肥添加对土壤微食物网的作用机制，弄清它们对植物生产力维持和土壤养分供应等生态服务的贡献量。研究结果表明：随着管理时间延长，线虫物种丰富度减少，高营养级线虫群落丰度下降，线虫群落结构趋于不稳定。间作豆科植物促进植食性线虫群落丰度增加，促进线虫食物网能量流向真菌能量通道。间作豆科植物可以促进参与氮同化、矿化和硝化过程的富营养型类群丰度增加，有利于提升土壤微生物氮循环功能并增加土壤中氮的有效性，而添加氮肥降低了土壤氮净矿化速率和净硝化速率。生物调控措施有利于增加无机磷溶解的潜能，而化肥添加措施主要通过改变有机磷矿化潜能来调控土壤磷有效性。在极端干旱条件下，接种丛枝菌根真菌和间作豆科植物有利于维持杂交构树人工生态系统植物生产力和土壤微生物网络的稳定性。