短花针茅荒漠草原不同载畜率对根际及非根际土壤生物活性的作用机制

The study on grassland ecosystem under different livestock stocking rates can provide a scientific basis for restoring the degraded grassland productivity. But the studies of the effect of the grazing on the grassland ecosystem have focused on the grassland aboveground ecosystem. However, the theory development of the grassland ecosystem with livestock stocking rate has been restricted seriously by the undiscovered facts about grassland underground ecosystem, and in which the most lacking is to recognize the rhizosphere process as the core of root life activities and its ecological effects. Our study is based on a long-term positioning observational study in the Stipa breviflora desert steppe, to emphasize the role of the root as a key channel between the plant and soil, and to make sure the characteristics of community complex roots and constructive species roots with their root exudates under the different livestock stocking rates. Moreover, laboratory experiments using the chemical reagents to simulate the root exudates will be carried out to investigate the effect of root exudates on soil biological activity of the rhizosphere and non-rhizosphere. This study will also reveal a process mechanism of the effect of the root characteristics changes within successional communities on soil biological activity of the rhizosphere and non-rhizosphere under the different stocking rates. The results of this research will lay the theoretical foundation for optimizing grazing patterns, restoration of soil environment, restoring the biological function of degraded grassland ecosystem, and achieving the sustainable development of the grassland ecosystem.

不同家畜载畜率草原地上、地下生态系统的研究，可为退化草原生产力恢复提供科学依据。但有关放牧对草原生态系统影响的研究主要集中在地上部分，鲜为人知的地下部分严重制约着草原生态系统与载畜率研究的理论拓展，而家畜载畜率对以根系生命活动调控为核心的根际过程及其生态学效应的认知最为缺乏。本项研究是在短花针茅荒漠草原不同载畜率长期定位观测研究的基础上，强调根系作为链接植物和土壤关键的通道作用，明确不同放牧载畜率下群落复合根系和建群种根系特征及其分泌物特性；采用化学试剂模拟根系分泌物，进行室内培养的方法，研究根系分泌物组分对根际及非根际土壤生物活性的作用机理，揭示不同载畜率下的植物群落演替改变的根系特性，进而影响根际及非根际土壤生物活性的过程机制。为优化放牧方式、修复土壤环境、恢复退化草地生态系统的生物学功能、实现草地生态系统的可持续发展奠定理论基础。

本项研究是在连续八年的人为控制放牧样地，人工模拟不同载畜率的基础上，选取具有代表性的荒漠草原植物的根系分泌物深入研究，应用高通量测序技术、传统培养与菌种的分子鉴定技术相结合，比较根际及非根际土壤微生物的数量、组成及多样性，明确放牧造成的土壤微生物群落变化与群落根系分泌物之间的关联。其主要结论如下：.（1）轻度放牧处理土壤细菌数量增加，而中度、重度放牧土壤细菌数量快速减少，表层土更为明显。在0-10cm土层中，轻度放牧处理土壤细菌数量分别高于对照、中度和重度放牧38.19 %、65.83%和47.4%。轻度放牧处理短花针茅根际土壤萎缩芽孢杆菌属数量明显增多，这是造成轻度放牧区非根际土壤细菌数量增加的根本原因。.（2）放牧降低了土壤真菌的数量，这种影响在土壤表层更为明显，在0-10cm土层中，放牧使其数量减少了27.88%—42.92%，这种降低趋势重点是由短花针茅根际土壤中青霉菌属、链格孢菌属和木霉菌属数量减少所制。.（3）放牧只造成了表层土壤放线菌数量的降低，在0-10cm土层中，轻度放牧、中度放牧、重度放牧土壤放线菌数量与空白对照相比分别减少了25.61%、19.50%和32.93%，这种减少趋势重点是冷蒿和无芒隐子草根际土壤放线菌数量快速下降所造成。此外，链霉菌属是根际及非根际土壤的绝对优势菌放线菌。.（4）短花针茅根系分泌物组分共检测到22种有机物质，无芒隐子草和冷蒿根系分泌物各检测到20种有机物。三种植物的根系分泌物均含有酯类、烃类、酚类和酰胺类物质，共有组分7种，其中乙酰柠檬酸三丁酯和1-丙烯-1,2,3-三羧酸-三丁基酯既是三种植物根系分泌物的共有成分，也是主要成分。1,2-二甲苯和芥酸酰胺的相对含量在建群种中显著高于优势种，推断其可能与荒漠草原植物群落生态位的分化有关。