高寒草甸牦牛粪沉积对凋落物分解的影响及其微生物学机制

In grazed grassland system, both livestock dung and plant litter are main ways of nutrients return. Yak dung has a larger size (area and mass) and plenty of nutrients N P and organic matter and a diverse group microbes, which can change abiotic and biotic environment of litter decomposition. Hence, research on effect of yak dung decomposition on the process of litter decomposition could improve understanding of key process of material cycling in a grazed grasslands on the Tibetan plateau. In this project, we want to use yak dung addition and litter bags methods, and single litter species with different litter quality and litter mixtures with different characteristic of composition (homogeneity and heterogenicity) to research the following contents: the effect of yak dung and its interaction with litter quality and characteristic of composition in mixtures on litter decomposition; the direct and indirect effect of yak dung addition on microbial community through its own microbes and altering soil physical and chemical environment; effect of yak dung addition on dynamic change of the relevant enzymatic activity of C, N and P transformation and their synergetic effect. The due results will improve our understanding of the role of yak dung in nutrients cycling, and serve as theoretic and technical support for alpine grasslands protection and management, and also has an important theoretic value and practical significance.

在放牧草地系统，牲畜粪便和凋落物是养分归还的主要途径。牦牛粪体量(单堆面积和重量)较大，富含氮磷等养分和有机质以及不同类群微生物，可显著改变被覆盖的凋落物分解的生物和非生物环境。因此，探究牦牛粪沉积对凋落物分解的影响，可提高对青藏高原放牧草地系统中物质循环关键过程的理解和认知。本项目拟采用牦牛粪添加和凋落物袋分解法，以青藏高原高寒草甸不同单种凋落物(品质高和低)和不同组成特性的混合凋落物(同质性和异质性)为材料，主要研究：牛粪添加与单种凋落物品质和混合凋落物组成特性及其相互作用对凋落物分解的影响；牛粪添加通过自身微生物和改变土壤及凋落物理化环境对凋落物微生物群落的直接和间接影响；牛粪添加对碳氮磷转化相关酶的活性及其协同效应的影响。项目预期成果可以加深理解牦牛粪在高寒草甸生态系统养分循环中的作用，为高寒草地保护与利用管理提供理论和技术支撑，具有重要的理论价值和现实意义。

在高寒草甸放牧系统中，牦牛粪因其体量大（159~264 m2/ha），养分含量高（总氮31 g/kg，总磷2.9 g/kg），是养分的重要归还途径。同时，大面积的牛粪沉积会影响到另一养分归还的凋落物分解，由于其改变了凋落物分解的生物和非生物环境。因此，探讨牦牛粪分解及其对凋落物分解的影响，可加深理解牦牛粪在高寒草甸生态系统养分循环中的作用，为牦牛粪在维系高寒生态系统健康的地位奠定理论基础。本项目在青藏高原甘南高寒草甸，以不同品质单种凋落物和不同组成特性的混合凋落物为材料，研究牦牛粪如何通过改变凋落物分解的生物和非生物环境影响凋落物微生物群落及酶活性，阐明牦牛粪沉积对凋落物分解的影响及微生物学机制。获得了如下重要结果：.（1）牦牛粪可加速凋落物分解，但依赖于凋落物质量和分解时间。对于低质量凋落物，在分解6个月和12个月后，均表现正影响；但对于高质量凋落物，正影响仅出现在分解12个月后。.（2）异质性混合凋落物，在分解6个月表现出了正的非加性，而分解12个月后表现为加性。在分解的6个月，牛粪添加能增加非加性的幅度（增强正的非加性），而在分解的12个月，牛粪添加能转换非加性（从加性到负的非加性）。.（3）牦牛粪能增加土壤的异养呼吸，主要是通过基质的输入和微生物生物量，而不是酶活性和土壤pH值。.（4）牦牛粪加速凋落物分解，主要是通过增加纤维素和半纤维损失，而不是木质素。.（5）牦牛粪添加改变了凋落物微生物群落的细菌和真菌的组成和结构，但细菌更敏感。.（6）牦牛粪添加促进凋落物分解，主要是通过改变细菌群落的组成，以及进而提升酶活性的方式，而真菌群落尽管也发生了变化，但作用相对较小。. 总之，本项目的研究成果，提供了充分证据，证实了牦牛粪自身及其与凋落物分解的相互作用，在放牧草地系统养分循环中扮演着重要角色，具有重要理论价值和现实意义。