《Pedobiologia》：Extracellular enzyme activities under adaptive multi-paddock and conventional grazing in grassland soils of western Canada
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本研究针对放牧管理对草地土壤碳氮磷循环的影响机制不明确的问题，通过对比自适应多围栏放牧（AMP）与常规放牧（n-AMP）下6种胞外酶活性（EEA），发现AMP grazing通过延长休牧期（RGR）显著提升β-葡萄糖苷酶（BG）和磷酸酶（Phos）活性，揭示了放牧管理通过调控土壤微生物活动影响养分循环的路径，为优化草地碳固存策略提供科学依据。
在全球气候变化背景下，草地作为覆盖地球陆地面积四分之一的重要生态系统，其碳汇功能与放牧管理方式的关联性备受关注。传统连续放牧与现代化旋转放牧如何影响土壤微生物驱动的养分循环，一直是生态学研究的焦点。尤其是一种称为自适应多围栏（Adaptive multi-paddock, AMP）的放牧方式，通过高密度短时放牧与长恢复周期的结合，被认为可能提升土壤固碳潜力，但其对土壤生物化学过程的具体作用机制尚不明确。
为此，由阿尔伯塔大学Dauren Kaliaskar领衔的研究团队在加拿大西部阿尔伯塔省的12对草地上展开对比研究，每对草地包含AMP放牧区和相邻的常规放牧区（n-AMP）。通过测定碳（β-葡萄糖苷酶BG、纤维二糖水解酶Cello、木聚糖酶Xylo）、氮（N-乙酰氨基葡萄糖苷酶NAG、脲酶URS）和磷（磷酸酶Phos）循环关键胞外酶的活性，并结合放牧强度（ stocking rate, SR）、动物单位密度（animal unit density, AUD）和休牧比（rest-to-graze ratio, RGR）等管理参数，揭示了放牧方式对土壤生物地球化学循环的调控作用。该研究近期发表于土壤生态学专业期刊《Pedobiologia》。
研究团队采用配对采样设计，于2018年6月、7月和9月分三次采集0-15厘米土层样本。通过微孔板荧光分析法测定六种胞外酶活性，并利用线性混合模型（glme）和Akaike信息准则（AIC）筛选最优解释变量。同时整合土壤pH、水分、有效氮（AN）和质地等指标的主成分（PCA）及年热量-水分指数（AHM）等环境因子，系统解析了管理与环境因子对酶活性的相对贡献。
3.1. 放牧系统对EEA的影响
研究表明，AMP放牧仅在生长季末期（9月）显著提升了BG和Phos的活性。BG作为纤维素降解的关键酶，其活性增强意味着土壤有机质分解加速；而Phos活性的提高反映了磷需求增加，可能与AMP系统下植物恢复期对磷的竞争性吸收有关。其他酶（如NAG和URS）在放牧方式间无显著差异，且URS在所有样本中活性最高，表明氮矿化过程在放牧草地中持续活跃。
3.2. 放牧实践对EEA的调控机制
休牧比（RGR）是解释BG和Phos活性变化的核心管理因子。AMP草地的RGR（6.4-90）显著高于n-AMP草地（0-3.5），长恢复期可能通过促进植被均匀再生、增加易分解碳输入，从而激发微生物活动。此外，土壤主成分（PCA）在多数模型中为最强预测因子，说明本地土壤条件（如水分和有效氮）对酶活性的影响超越放牧管理本身。气候因子中，干旱指数（AHM）升高会抑制酶活性，尤其在6月对Phos的负向影响显著。
4.讨论
本研究首次在北美温带草地证实，AMP放牧通过延长休牧期特异性增强碳磷循环相关酶活性，但这种调控作用受土壤本底条件和气候的强烈制约。BG和Phos对管理措施的响应敏感性使其成为评估放牧影响碳磷循环的有效指标。然而，放牧管理对氮循环酶（如NAG）影响有限，可能与牲畜踩踏破坏真菌菌丝、降低几丁质降解底物有关。
5.结论
研究强调需通过多时间点监测和多重酶指标综合评价草地生物地球化学过程。AMP放牧策略中的休牧比优化可潜在提升土壤碳固存和磷供应能力，但实际效应需结合区域环境特征进行调控。这一发现为草地可持续管理提供了微生物学层面的理论支撑，对全球气候变化背景下的生态系统服务优化具有启示意义。
