近日，中国农业科学院草原研究所金轲为首席的草地土壤健康培育与功能提升团队揭示了放牧强度改变了半干旱草原微生物的碳氮代谢的作用过程机理，该研究从土壤微生物碳氮循环的视角提出，优化草原管理制度可实现草原生态保护与植物生产的相互平衡，为合理放牧提供了理论支持。相关研究成果发表在《环境管理杂志（Journal of the Environmental Management）》上。

成果亮点：

1、不同放牧强度影响了碳（C）和氮（N）的循环；

2、放牧通过增加碳的固定和减少碳的分解来影响碳的循环，在此过程中，可溶性有机碳是影响碳循环的主要驱动因子；

3、不同放牧强度管理方式下土壤硝态氮是影响氮循环关键因素。

草地放牧管理方式的改变导致微生物组代谢途径发生变化，影响植物生长和土壤理化性质。然而，在此过程中，放牧强度如何影响微生物作用仍不明晰。项目组采用宏基因组测序技术研究中国北方半干旱草原不同放牧强度（G0，对照，不放牧；G1，轻度放牧；G2，中度放牧；G3，重度放牧）6年后土壤碳（C）和氮（N）循环相关基因的变化。研究表明与C循环相关的土壤微生物组的分类群和功能随着放牧强度的增加而降低。放牧处理下，参与固碳和有机质分解的基因丰度发生变化，对植被分解和土壤可溶性有机碳含量产生影响。与对照相比，G1硝化基因丰度较高，但N还原和反硝化基因丰度较低，说明轻度放牧促进硝化作用，抑制反硝化作用，从而增加土壤NO3−含量。Q-PCR进一步揭示，负责固碳（cbbL）和反硝化（norB）的基因拷贝随着放牧强度的增加而减少。多因素回归树表明，固碳基因的变化与放牧处理下土壤可溶性有机碳含量的变化有关，而土壤NO3−含量与放牧处理下的硝化和反硝化有关。因此，放牧管理下与C固定和N循环相关的基因影响了C固定和N储存，从而对土壤理化性质产生影响。适当的草原管理制度有利于半干旱草原草原生态系统的保护。本研究从土壤微生物碳氮代谢的角度解析了放牧管理下微生物对碳氮养分循环的影响，为制定科学的草原放牧制度，遏制草地退化，进一步实现草地可持续管理以及优化放牧理论假说提供理论依据。

该研究是中国农业科学院草原研究所草地土壤健康与功能提升团队联合荷兰瓦赫宁根大学作物系统中心、巴基斯坦农业大学土壤和环境科学研究所和内蒙古农业大学生命科学院等多家单位共同合作完成。草原所王珍研究员和出站博士后唐凯为共同第一作者，金轲研究员和李元恒副研究员为共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金、内蒙古自然科学基金等项目的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2023.119078

图1、放牧强度对微生物群落组成（a）及功能（b）的影响。不同放牧强度对微生物门（c）及功能（d）的影响

图2、（a）固碳基因（cbbL和cbbM）和土壤理化变量和（b）N循环基因（nifH，AOA-amoA，AOB-amoA，nirK，nirS，norB和nosZ）和土壤理化变量的多变量回归树分析