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为解决青藏高原退化草地恢复及牧草资源季节性失衡问题，青海大学研究人员开展 “种植模式对多年生栽培草地根际土壤理化性质、代谢物和微生物群落结构影响” 的研究。结果表明混播能提升土壤养分和关键代谢物，影响真菌群落结构。该研究为草地恢复提供策略指导。
在青藏高原的广袤大地上，高寒草原宛如生态卫士，守护着一方水土。然而，近年来，由于自然因素与人类活动的双重影响，这片草原正面临着严峻的退化危机。“黑沙滩” 现象频发，草地生产力大幅下降，严重制约了当地草地畜牧业的发展。为了缓解牧草资源的季节性失衡，恢复退化的草地生态，多年生栽培草地的建设成为了关键手段，而常见的种植模式 —— 单播（monocropping ）和混播（mixed cropping）对草地生态的影响备受关注。此前，虽然对这两种种植模式在植被结构、生产力和土壤养分方面已有不少研究，但长期种植对地下土壤微生物群落和代谢物的影响却常常被忽视。在这样的背景下，青海大学的研究人员开启了深入探索之旅，其研究成果发表在《Scientific Reports》上。
研究人员为了探究不同种植模式对土壤的影响，采用了 16S rRNA 和 ITS 基因测序技术，结合液相色谱 - 质谱（LC-MS）非靶向代谢组学分析方法。他们选取了青海湖周边的两种典型植物 —— 青海中华羊茅（Festuca sinensis ‘Qinghai’）和青海草地早熟禾（Poa pratensis ‘Qinghai’）作为实验对象，在青海省海拔 3300 米的巴卡台农场牧场开展实验。实验设置了单播和混播处理，每种处理均有多个重复，并进行了随机化设计。实验期间对土壤进行采样，随后测定土壤理化性质、微生物群落和代谢物。
研究结果如下：
- 种植模式对土壤性质和代谢物的影响：混播显著降低了土壤总碳（TC）含量，但显著增加了总磷（TP）、铵态氮（AN）、硝态氮（NN）、土壤有机碳（SOC）、有效磷（AP）、微生物生物量碳（MBC）、微生物生物量氮（MBN）和微生物生物量磷（MBP）的含量。在代谢物方面，混播显著增加了海藻糖（Trehalose）和缬氨酸（Valine）的水平，降低了苯乙醛酸（Phenylglyoxylic acid）的含量。通过 NMDS 分析和 PLS-DA 分析发现，不同种植模式下的根际代谢物存在显著差异。
- 种植模式对土壤性质与差异代谢物相关性的影响：相关性分析表明，缬氨酸、海藻糖与土壤养分（TP、AN、NN、SOC、AP、MBC、MBN 和 MBP）呈显著正相关，而缬氨酸与 TC 呈负相关，苯乙醛酸与土壤理化性质无显著相关性。
- 种植模式对微生物群落的影响：通过 ASV 水平评估微生物多样性，发现种植模式对土壤细菌和真菌的 α 多样性无显著影响。但在 β 多样性方面，种植模式对细菌和真菌群落结构的影响不一致，细菌群落结构在不同种植模式下无显著差异，而真菌群落结构差异显著。在微生物群落组成上，不同种植模式对多年生栽培草地的微生物群落组成无影响，优势细菌门和真菌门的相对丰度在不同种植模式下保持稳定。
- 种植模式对土壤性质、代谢物和微生物群落结构相关性的影响：冗余分析（RDA）显示，细菌和真菌群落结构对土壤性质和根际代谢物的变化响应不同。土壤性质和代谢物对细菌群落结构的影响相似，而真菌群落结构的变化主要受代谢物的影响。混合效应模型进一步证实了这一点，土壤性质对细菌群落结构的影响占比 30.51%，代谢物占 34.40%，二者相互作用占 35.1%；对真菌群落结构而言，土壤性质影响占比 73.24%，代谢物占 8.90%，相互作用占 17.86%。
研究结论与讨论：本研究全面分析了不同种植模式对高寒地区栽培草地土壤性质、微生物群落和代谢物的影响。结果表明，混播相比单播能显著提高根际土壤养分和代谢物含量，土壤性质与代谢物之间存在强相关性。土壤总磷、土壤有机碳、铵态氮、有效磷、海藻糖和缬氨酸是预测细菌群落结构的关键指标，而总碳、总磷、土壤有机碳、铵态氮、有效磷、海藻糖、缬氨酸和苯乙醛酸对预测真菌群落结构至关重要。并且，真菌群落对种植模式的响应更依赖于代谢物。该研究量化了不同种植模式对土壤生态系统的影响，强调了混播模式在退化草地生态恢复项目中的优势，为退化草地的生态修复提供了理论依据和实践指导，有助于推动当地草地生态的可持续发展。
