黄土高原典型草原模拟放牧影响植物-土壤反馈的真菌作用机制

Grazing-plant-soil interactions play an important role in the structure and function of grassland ecosystems, but the underlying mechanism is not clear. Plant-soil feedbacks are plant-induced changes in biotic and abiotic soil properties that in turn influence the performance of plants that grow later in the soil. Based on the framework of plant-soil feedbacks, by performing field- and greenhouse-based trials, this study intends to disentangle how simulated grazing (mowing, trampling, dung and urine return) affects the direction and strength of plant-soil feedback, and explore the role of soil and root fungal communities in grazing-induced plant-soil feedbacks. We expect to unravel the mechanism of grazing-soil microorganism-plant interactions, and provide support for maintaining grassland health and ecosystem stability.

放牧-植物-土壤互作在草地生态系统的结构和功能中发挥着重要作用，但是作用机理尚未明确。植物-土壤反馈是指植物的生长对土壤生物和非生物特性产生影响，反过来土壤特性的改变又会反作用于植物的生长。本研究基于植物土壤反馈理论，采用人工模拟放牧的方式，在田间和温室条件下研究采食、践踏和排泄物返还分别在改变土壤真菌区系和土壤理化特性后如何反馈植物群落，解析影响植物-土壤反馈的主导作用方式，探讨土壤/根部真菌在放牧-植物-土壤反馈中的作用机理。通过本研究，以期深入认识放牧-土壤微生物-植物之间的关系，为维持草地健康和生态系统稳定性提供科学依据。

尽管已有部分研究探讨了放牧通过改变植物-土壤反馈作用影响植物群落，但是作用机理尚未明确。本研究基于植物土壤反馈理论，采用人工模拟放牧的方式，在田间条件下研究了不同放牧方式（对照、采食、践踏、粪尿添加和混合处理）分别对植被特征、土壤理化性质以及土壤真菌群落组成和多样性的影响，在温室条件下研究了不同放牧方式处理土壤对植物群落的反馈作用。研究发现：（1）与对照相比，刈割和混合处理显著降低了植物地上生物量，不同处理对植被盖度没有显著影响，但是粪尿添加后植被盖度显著高于刈割和混合处理，不同处理对物种丰富度和Shannon多样性指数没有显著影响。（2）刈割处理显著降低了土壤pH，粪尿添加显著降低了土壤含水量，刈割处理显著增加了土壤总氮含量，所有处理显著增加了土壤总磷含量，践踏、粪尿添加和混合处理显著增加了土壤NH4-N含量，混合处理显著增加了土壤NO3-N含量。（3）践踏和粪尿返还处理下真菌丰富度指数显著低于对照，刈割处理下土壤真菌Shannon多样性和均匀度指数显著高于对照和其它处理。由NMDS分析可知，粪尿返还和综合处理与其他处理之间土壤真菌β多样性差异较大。（4）随机森林模型分析结果表明，在模拟放牧处理第二年，土壤容重和总磷对土壤真菌丰富度指数影响贡献最大，速效磷和土壤容重对土壤真菌Shannon多样性指数的影响贡献最大，总氮和总磷对土壤真菌β多样性的影响贡献较大。（5）不同模拟放牧处理土壤对植物群落生物量产生了不同的反馈作用，其中粪尿返还处理产生了正的净反馈作用，而且这种正的反馈作用主要是通过改变土壤非生物特性所致。本项目的实施为深入认识放牧-土壤微生物-植物之间的关系，以及维持黄土高原天然草原健康和草地生产力稳定性提供了理论依据。