●?放牧強(qiáng)度；補(bǔ)償生長；根際；磷組分；根系分泌物；菌根真菌。

●（1）背景：畜牧業(yè)生產(chǎn)導(dǎo)致的土壤侵蝕和磷（P）去除導(dǎo)致草原中磷的嚴(yán)重消耗。因此，了解植物如何應(yīng)對這種磷限制條件以及不同放牧強(qiáng)度下土壤中哪些磷轉(zhuǎn)變過程對于更好地科學(xué)管理放牧草地至關(guān)重要。

●（2）主題：本研究進(jìn)行了一項田間試驗，測試了不同放牧強(qiáng)度（輕、中、重）和控制（不放牧）對中國內(nèi)蒙古典型溫帶草原地區(qū)磷相關(guān)動態(tài)的影響。

●（1）科學(xué)問題：放牧如何影響該地區(qū)土壤中磷的轉(zhuǎn)化？其驅(qū)動因素是什么？

●（2）科學(xué)假說：a.放牧強(qiáng)度越大，植物磷含量越低，初級生長力越低；b.LMWOAs和微生物（尤其是菌根真菌）共同促進(jìn)了根際其它磷組分中不穩(wěn)定磷的釋放，從而緩解了隨之而來的磷缺乏。

●（1）本研究在內(nèi)蒙古錫林浩特市中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院草地生態(tài)系統(tǒng)研究所（北緯44°15′，東經(jīng)116°42′)進(jìn)行。年平均0.7°C 的氣溫，年平均降水量為 300-360 mm。2014年6月開始大田放牧試驗，設(shè)置4個處理，包括不放牧（對照）和3個放牧強(qiáng)度：(1)輕度放牧處理，每小區(qū)4只羊（T4）；(2)中等放牧處理，每小區(qū)8只羊(T8)；(3)重放牧處理，每小區(qū)12只羊(T12)。對照、T4、T8和T12處理下的放牧強(qiáng)度分別為每公頃0、0.75、1.50和2.25只羊單位。每個放牧強(qiáng)度隨機(jī)分配到 1.33 公頃地塊，總共 4 個處理 × 3 個重復(fù) = 12 個地塊；每個地塊都被柵欄隔開。在每年的 6 月 10 日至 9 月 20 日的生長季節(jié)，羊被允許在這些地塊上吃草。

●（2）年初級生產(chǎn)力(APP)與群落組成：

●（3）土壤、植物和草食動物排泄物進(jìn)行取樣

2019年8月中旬，在植物生物量達(dá)到峰值時，采集羊草根際和非根際土壤、葉片和根部分以及綿羊糞便。在每個地塊中，我們隨機(jī)選擇10種健康且具有代表性的羊草植物，從中收集根際土壤，然后將其混合到單個復(fù)合樣本中，每個地塊內(nèi)共嵌套3個復(fù)合樣本。從用于獲取根際土壤的相同植物中采集葉片和根樣本。在取樣樣方內(nèi)采集植被的地上生物量時，采集糞便樣本，所有樣品立即儲存在冰箱中，并轉(zhuǎn)移到實驗室進(jìn)行分析。葉、根和糞便樣本經(jīng)過烘干和研磨，以測量其營養(yǎng)素濃度。每個土樣都要通過一個2毫米的篩子，并挑根。每個土壤樣品的一部分風(fēng)干用以測量有效磷；干燥的根際土壤也進(jìn)行了理化分析。另一部分保存在-20℃用于LMWOAs和微生物群落分析。

●（4）植物養(yǎng)分、土壤有效磷與根際理化分析

TP通過濃縮 H2SO4 消化法測定，TN濃度使用 CN 分析儀；AP按Olsen法采用NaHCO3提取，根際土壤的粒度分布通過激光衍射測定。用 pH 計在 w/v = 1:2.5 的土壤:水溶液中測量根際 pH 值。SWC通過測量潮濕田間土壤在 105°C 下烘干48小時后的重量損失來確定的。使用TOC分析儀對根際土壤有機(jī)碳（SOC）進(jìn)行量化。酸性磷酸酶（磷酸單酯酶）活性（AcPME）和堿性磷酸酶活性（AlPME）通過比色測定法測定土壤與磷酸對硝基苯酯（pNPP）在410 nm處釋放的對硝基苯酚（pNP）的活性。pH 6.5和11的通用緩沖液 (MUB)。

●（5）根際P組分：使用 Hedley（1982）等人的方法，由 Tiessen 和 Moir (1993)改進(jìn)。

●（6）土壤低分子量有機(jī)酸含量：草酸、丁二酸、乙酸、檸檬酸和酒石酸等5種特殊的LMWOAs。

●（7）土壤微生物群落組成：PLFA，?微生物群落組成以真菌（AMF、EMF和其他真菌的生物量之和）與細(xì)菌（G+和G-細(xì)菌生物量之和）的生物量之和。

●（8）數(shù)據(jù)分析

為了消除放牧強(qiáng)度處理之間總磷差異的影響，我們計算了不同磷組分在總磷中的比例。比較植物養(yǎng)分、土壤Olsen-P濃度、理化性質(zhì)、磷的變化。放牧強(qiáng)度中的分?jǐn)?shù)、LMWOA 濃度和微生物生物量，我們使用 R 軟件中的“multcomp”包（v.4.1.1 ）。在每種放牧處理下使用Student t檢驗比較根際和非根際土壤的參數(shù)平均值。Pearson 相關(guān)性用于評估根際理化性質(zhì)、LMWOA 濃度、微生物生物量和 P 組分比例之間的關(guān)系。結(jié)構(gòu)方程模型 (SEM) 用于揭示在強(qiáng)加放牧梯度下根際中不穩(wěn)定 P 和有機(jī) P 比例的動員機(jī)制。使用 R 中的“l(fā)avaan”和“semPlot”包構(gòu)建模型。為了進(jìn)一步闡明每種放牧強(qiáng)度處理下 P 動員的具體機(jī)制，應(yīng)用了主成分分析 (PCA)。所有這些分析和相關(guān)數(shù)據(jù)分別在 R 軟件中進(jìn)行和繪制。

●（1）植物養(yǎng)分、APP、土壤Olsen-P和根際P組分

與對照相比，放牧顯著降低了羊草葉片的磷濃度（P<0.05）。相反，在T4和T8條件下，葉片氮濃度略有上升，而在T12條件下則顯著上升（P<0.05）。隨著放牧強(qiáng)度的增加，葉片氮磷比顯著增加。與對照相比，T8和T12下的根磷濃度顯著增加。所有放牧處理都顯著增加了APP，在T4和T8條件下，羊草的優(yōu)勢度保持不變，而在T12條件下，羊草的優(yōu)勢度顯著下降。在T12條件下，一年生草本植物的優(yōu)勢度顯著增加（P<0.05）。放牧使土壤中Olsen-P濃度增加，尤其是根際Olsen-P濃度增加；根際土壤中的濃度顯著高于非根際土壤中的濃度。放牧也影響了根際土壤的磷組分，隨著放牧強(qiáng)度的增加，T12的TP濃度顯著高于對照(P<0.05)）。與對照相比，放牧處理下根際活性磷的濃度和比例顯著升高，但放牧處理下的活性磷含量和比例均減低，有機(jī)磷的濃度和比例在T4和T8下顯著降低，而在T12下顯著升高；穩(wěn)定磷在放牧處理下濃度顯著下降，但其比例僅在T12時下降。

●（2）土壤LMWOAs與微生物群落組成的變化

各處理根際LMWOAs總量均顯著高于非根際土(P<0.05)。在各放牧強(qiáng)度下，LMWOAs的組分中，酒石酸和乙酸均存在于根際和非根際土壤中，而檸檬酸、琥珀酸和草酸僅存在于根際。雖然放牧顯著降低了根際LMWOAs的濃度，但隨著放牧強(qiáng)度的增加，根際LMWOAs的濃度逐漸增加，在根際檢測的5種LMWOAS中，除草酸外，其余的濃度與總LMWOAS濃度的變化規(guī)律基本一致(P<0.05)；但重要的是，放牧增加了根際草酸含量，在T8和T12樣地均顯著超過對照(P<0.05)。EMF僅在根際測定(P<0.05)；根際細(xì)菌G+和G-以及放線菌的生物量變化與總PLFA對放牧的響應(yīng)基本一致。放牧顯著提高根際AMF、EMF和其它真菌的生物量，均在T8時達(dá)到峰值(P<0.05)。放牧顯著改變了根際微生物群落的組成，真菌的比例增加，而G+/G-的減少僅在T12時顯著(P<0.05)；4個處理根際真菌/細(xì)菌和G+/G-均顯著高于非根際土壤。

●（3）根際理化性質(zhì)的改變

放牧強(qiáng)度顯著影響根際土壤粒度分布，隨著放牧的增加，粘土的百分比降低，而沙子的百分比增加（P<0.05）。與對照相比，隨著放牧強(qiáng)度的增加，根際 pH 先上升后下降，T12 差異顯著（P < 0.05）。SWC 也隨著放牧強(qiáng)度的增加而顯著降低（P < 0.05），并且除 T8 外，SOC 也顯著下降（P < 0.05 ）。放牧還顯著降低了根際 TN，尤其是在 T4 和 T8 地塊；相反，放牧增加了土壤容重，特別是在 T4（P < 0.05）。除了 T4 下 N:P 比顯著增加外，T8 和 T12 下 N:P 比均下降（P < 0.05）。隨著放牧強(qiáng)度的增加，單位面積糞便中的P含量顯著增加（P < 0.05），酶AcPME和AlPME的活性也顯著增加，其活性在T8下最高。

●（4）放牧條件下根際環(huán)境因子與磷含量的關(guān)系

除草酸外，四種LMWOA的濃度與不穩(wěn)定P和穩(wěn)定P比例的增加幾乎呈顯著負(fù)相關(guān)，但與有機(jī)P比例的增加呈顯著正相關(guān)（P<0.05）。此外，檸檬酸與穩(wěn)定和有機(jī)磷組分的關(guān)系最可預(yù)測。不同類型的微生物生物量與P組分之間的關(guān)系大體一致，與不穩(wěn)定P或穩(wěn)定P的比例增加呈正相關(guān)，但與有機(jī)P的比例呈負(fù)相關(guān)。AMF、EMF和其他真菌的生物量值均顯示出與不穩(wěn)定P比例增加顯著的正相關(guān)關(guān)系，其中EMF最強(qiáng)（P<0.05）。令人驚訝的是，只有草酸濃度與所有微生物生物量變量呈顯著正相關(guān)，而其他LMWOA則相反（P<0.05）。此外，我們還發(fā)現(xiàn)根際pH、粒度分布、SWC、TN、排泄物P和AcPME都與放牧引起的P組分變化顯著相關(guān)。SEM結(jié)構(gòu)方程模型顯示，根際環(huán)境因子檸檬酸濃度、沙粒比例、TN和糞磷含量對放牧條件下有機(jī)磷含量有正的凈效應(yīng)，而SWC對有機(jī)磷含量有負(fù)的凈效應(yīng)。

檸檬酸濃度、TN和糞磷含量對有機(jī)磷比例均有直接顯著的影響(P<0.05)。此外，除TN外，其它因素均通過強(qiáng)相互作用影響有機(jī)磷的比例。放牧條件下，土壤中不穩(wěn)定磷的比例主要受電動勢生物量、草酸濃度、土壤pH、容重和根際淤泥比例的影響，EMF生物量對不穩(wěn)定磷的比例有直接顯著的正向影響，而其他因素主要是通過影響EMF生物量來增加不穩(wěn)定磷（活性磷）。

●（1）不同放牧強(qiáng)度對植物養(yǎng)分及APP的影響

草食動物的活動可能會通過促進(jìn)水和風(fēng)蝕而嚴(yán)重破壞土壤環(huán)境，這加速了磷的流失并減少了草地植物所需的土壤中有效磷的量。盡管放牧增加加劇了P限制，但APP僅在T12下下降，盡管仍高于對照的APP 。該結(jié)果最有可能是由于在綿羊食草動物啃食植物之后植物的正補(bǔ)償性生長，這是一種適應(yīng)性生理反應(yīng)。在T4和T8處理下，草地植被的地上生物量接近對照的2.25倍。這表明在這些放牧條件下，根際中存在大量的生物利用磷，以滿足植物生長的磷需求。T4和T8下葉片中較低的P濃度和較高的N: P比的主要原因可能是隨之而來的植物生物量的大量增加。盡管T12中的APP明顯高于對照組，但仍低于T4或T8。根P濃度是土壤磷有效性以及植物養(yǎng)分吸收和分配策略的關(guān)鍵指標(biāo)之一。除T4放牧處理外，所有放牧處理均增加了根系磷濃度，這與上述推測的土壤有效磷供應(yīng)的增加是一致的。根系磷濃度在T4處理下降低，可能是由于植物對輕牧的養(yǎng)分利用策略不同于其他處理?？傮w而言，放牧6號綿羊根際有效磷量相對于對照有所增加，但這種根際有效磷及其相應(yīng)的動員機(jī)制在不同放牧強(qiáng)度梯度下測試并不均勻。因此，有必要進(jìn)一步探討放牧條件下根際磷遷移的具體過程和驅(qū)動因素。

●（2）放牧條件下LMWOAs和微生物對根際磷的動員作用

根際P組分的變化可以有效地反映植物的動員過程。相關(guān)性分析表明，當(dāng)根際不穩(wěn)定磷的比例降低時，這可能會刺激植物增加其LMWOA的分泌。LMWOA 對 P 餾分轉(zhuǎn)化的后續(xù)影響可能是將穩(wěn)定的 P 轉(zhuǎn)化為有機(jī) P 形式，尤其是 NaHCO3-Po。鑒于根際 pH 值的變化與 LMWOA（草酸除外）濃度之間的不一致，LMWOA 對穩(wěn)定磷的遷移可能無法通過酸化土壤來增加磷酸鹽溶解度的方式。不同微生物的生物量與LMWOA的濃度呈負(fù)相關(guān)（草酸除外）。這意味著 LMWOA 可能不會主要通過提供微生物碳源來調(diào)動穩(wěn)定的 P。穩(wěn)定磷由有機(jī)磷和不溶性磷酸鹽組成，與金屬氧化物或其他顆粒緊密結(jié)合，使其難以被土壤中的微生物和植物利用。在我們的研究中，LMWOA 可能通過配體交換釋放有機(jī)磷。除草酸外，LMWOA對有機(jī)磷的釋放有較強(qiáng)的影響，其中根系產(chǎn)生的檸檬酸最強(qiáng)。一個合理的解釋是，由于檸檬酸含有更多的羧基，它具有更多的可交換磷的位點，從而大大提高了土壤中有機(jī)磷的釋放效率。通過比較散裝土壤中 LMWOA 的成分和濃度，根際 LMWOA 濃度主要受根系分泌的影響。只能推斷，植物分泌的 LMWOA 主要增加了有機(jī)磷的釋放，而放牧下根際大量不穩(wěn)定磷的產(chǎn)生仍然值得進(jìn)一步討論。

土壤微生物還可以通過產(chǎn)生磷酸酶以礦化有機(jī)磷、分泌螯合以溶解礦物磷以及加速植物獲得磷來顯著影響磷動力學(xué)。在當(dāng)前的研究中，在不同的放牧強(qiáng)度下，根際微生物生物量比非根際土壤高，再加上僅在根際確定的EMF，表明微生物可能在根際過程中起關(guān)鍵作用。以前有關(guān)EMF的研究主要在森林中進(jìn)行 我們的結(jié)果表明，EMF在溫帶草原中可能具有相同的P動員作用。綜上所述，在mongolian內(nèi)草原地點放牧下根際P的動員主要是由菌根真菌的發(fā)育和植物在LMWOAs地下的分泌所驅(qū)動的。然而，本研究中兩者之間的負(fù)相關(guān)表明微生物過程與LMWOAs在土壤中的化學(xué)過程之間存在權(quán)衡，兩個P動員途徑可能受到土壤理化性質(zhì)以及P有效性的影響。

●（3）放牧條件下根際磷素轉(zhuǎn)化過程及其對不同放牧強(qiáng)度處理響應(yīng)的具體機(jī)制

放牧條件下根際磷遷移的主要過程。食草動物的咀嚼刺激植物的補(bǔ)償性生長，導(dǎo)致植物磷的限制，從而產(chǎn)生大量的磷需求，植物通過分泌LMWOAs和形成更多的菌根來加速根際磷和磷吸附的轉(zhuǎn)換。同時，草食動物的持續(xù)活動改變了土壤性質(zhì)，進(jìn)而影響植物對根際磷的動員過程。

●（1）放牧，特別是在輕、中度放牧強(qiáng)度下，提高了植被生產(chǎn)力。

●（2）與其他自然生態(tài)系統(tǒng)不同，放牧草地植被的磷限制可能是由于植物的補(bǔ)償性生長和脊椎動物干擾下土壤磷有效性的下降造成的。

●（3）為了滿足其補(bǔ)償生長所需的大量磷，植物通過LMWOAs和菌根真菌刺激土壤磷的轉(zhuǎn)化。在實際生產(chǎn)環(huán)境中，中等強(qiáng)度的放牧更有利于內(nèi)蒙古草原的生態(tài)恢復(fù)，在其他類似地區(qū)也可能是如此。總之，我們的研究結(jié)果表明，在放牧壓力下，草地土壤磷在磷限制條件下存在一種特定的轉(zhuǎn)化機(jī)制，也為更好地理解草地退化的原因和后果提供了及時的基礎(chǔ)。