放牧强度的变化影响了温带草原上植物与微生物对铵盐和硝酸盐的竞争关系

《Journal of Ecology》：Grazing intensity shifts plant–microbe competition for ammonium and nitrate in temperate grasslands

内蒙古半干旱草原采用双重15N标记实验，研究不同放牧强度（0-9年）对植物-微生物氮竞争的影响。结果表明：中等到重度放牧通过改变土壤pH、湿度和有机碳显著调控氮形态分配，植物偏好从铵态氮转向硝态氮，而微生物对铵态氮的吸收随放牧强度非线性增加，在重度放牧时达到主导地位，形成铵态氮微生物竞争临界点。该研究揭示了放牧强度通过微生物群落组成调控氮形态分配的机制，为生态系统管理提供理论依据。

　　

摘要

1. 在温带草原中，植物与土壤微生物之间对无机氮（N）的竞争是调节氮的保留、损失以及整个生态系统生产力的关键过程。然而，放牧强度如何改变这种竞争，尤其是对特定氮形式（如铵离子（NH₄⁺）和硝酸盐（NO₃^?）的竞争，目前仍知之甚少。
2. 我们在中国内蒙古的一个半干旱草原进行了双重¹⁵N标记实验，该地区已经维持了四种不同的放牧强度（无放牧、轻度放牧、中度放牧和重度放牧）长达9年。
3. 放牧增加了土壤的pH值，降低了土壤水分和有机碳含量，并减少了植物生物量（尤其是在重度放牧的情况下）。中度放牧改变了微生物的生物量和组成，使得变形菌门（Proteobacteria）的数量减少，子囊菌门（Ascomycota）的数量增加。这些变化影响了植物和微生物对氮的吸收。随着放牧强度的增加，植物对氮的偏好从铵离子（NH₄⁺）转向硝酸盐（NO₃^?）；而微生物对硝酸盐（NO₃^?的吸收在中度放牧时达到峰值，在重度放牧时则下降。相比之下，微生物对铵离子（NH₄⁺的吸收呈非线性增长，这与二次函数关系相符，导致在重度放牧条件下微生物占主导地位。微生物与植物对铵离子（NH₄⁺的吸收比例存在一个临界点，超过这个点后，微生物的吸收占主导。我们的研究结果表明，放牧强度通过影响铵离子的微生物固定和硝酸盐的植物吸收来调节植物与微生物之间的氮竞争，这一过程受到微生物群落组成的变化的影响。在重度放牧条件下，真菌对铵离子的固定作用促进了微生物对铵离子的吸收，从而形成了一个临界点。
4. 总结：这些发现强调了地下养分分配的阈值效应，并表明适度放牧能够维持草原生态系统中植物与微生物之间的平衡互动。本研究基于真菌驱动的铵离子吸收临界点提出了一个机制框架，揭示了在常规氮含量测量中无法检测到的关键竞争阈值。

利益冲突声明

作者声明他们没有任何可能构成利益冲突的商业或关联利益。

同行评审

本文的同行评审历史信息可在以下链接查看：https://www.webofscience.com/api/gateway/wos/peer-review/10.1111/1365-2745.70285。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据将存储在公共知识库Zenodo中，可通过以下链接获取：https://doi.org/10.5281/zenodo.18723568（Iqbal等人，2026年）。