近日，山东农业大学林学院博士研究生李旭以第一作者身份分别在《Agriculture, Ecosystems and Environment》以及《Catena》发表了题为“Grazing intensity regulates short-term responses of soil moisture, plant community and carbon exchange to rainfall pulses in a desert steppe”与“How grazing intensity modulates precipitation driven processes of soil moisture, nutrients, and microbially mediated carbon cycling in a desert steppe”的论文。山东农业大学林学院董智教授为论文通讯作者，山东农业大学为论文第一完成单位。
成果简介：
1. 放牧强度调控荒漠草原植物群落与碳交换对降雨脉冲的短期响应
草地生态系统在全球碳循环中扮演着关键角色，但降雨脉冲作为驱动植被生产力和碳交换的核心因素，其效应强度受到放牧活动的强烈调控。针对这一科学问题，董智教授团队以内蒙古希拉穆仁荒漠草原为研究对象，设置了四种放牧强度处理，通过对2024年生长季五次典型降雨事件的系统监测，揭示了放牧强度如何调控土壤水分、植被群落结构与生态系统碳交换对降雨脉冲的响应机制。
研究发现，降雨事件和放牧强度对土壤温度和各层土壤水分的影响存在显著差异。表层土壤（0-10 cm）水分主要受降雨和放牧独立调控，而在10-20 cm和20-40 cm土层，二者交互作用显著。线性回归分析表明，中度放牧处理下表层土壤水分对降雨的响应敏感性最高，而重度放牧则显著削弱了深层土壤（20-40 cm）对降雨的响应能力。更重要的是，中度放牧在各土层均表现出较低的土壤水分变异系数，显示了更优的保水能力。
在碳交换方面，降雨事件对所有碳通量变量均有显著主效应，放牧强度对NEE、GEP和CH₄有显著影响。研究发现，中度放牧在多次降雨事件中表现出相对稳定的碳汇功能，其NEE变异系数较低。相比之下，重度放牧虽然短期内增加了物种丰富度，但显著改变了植被群落结构。功能群分析表明，这种丰富度的增加主要源于一年生/二年生短命植物的激增，而灌木/半灌木的重要值持续下降，群落结构趋于简化。
结构方程模型进一步揭示了调控机制：放牧对土壤温度和生物多样性具有显著正直接效应，但通过升高土壤温度间接加剧了土壤水分亏缺，最终表现为对土壤水分的负总效应。降雨则通过直接增加土壤水分和降低土壤温度，间接调控生物多样性和生态系统碳通量。
该研究阐明了放牧强度如何通过调控植被结构和土壤过程影响生态系统碳-水耦合机制，为荒漠草原的适应性管理提供了理论和实证基础。
2.放牧强度调控降雨驱动的荒漠草原土壤水分、养分与微生物介导的碳循环过程
在荒漠草原生态系统中，放牧干扰与降水变化共同调控土壤碳和养分循环，但二者在不同土层中的交互效应尚不明确。针对这一科学问题，董智教授团队在同一试验平台开展了系统的原位连续监测研究。针对五次自然降雨脉冲事件，深入探究放牧强度调控降雨驱动的荒漠草原土壤水分、养分与微生物介导的碳循环过程。
研究发现，放牧强度显著改变了土壤水分对降雨的响应模式和垂直分布特征，并深刻改变了降雨入渗的有效深度和土壤水分补给效率。
在水分变化的驱动下，微生物群落的资源分配策略也发生了根本性调整。具体而言，随着土壤水分含量升高，表层MBP在轻、中、重度放牧下均与水分呈显著负相关，表明降雨增湿过程在放牧干扰下反而加剧了微生物的磷限制；而基于酶活性化学计量学的矢量分析进一步显示该生态系统土壤微生物普遍处于氮限制状态，且以重度放牧表层最为突出。微生物同时受氮、磷双重养分限制的格局，从根本上制约了其对有机底物的分解利用效率。结构方程模型解析表明，从表层至深层，调控机制由“降雨驱动的颗粒有机碳输入”逐步过渡为“养分驱动的稳定碳库积累”模式。在碳组分层面，POC与MAOC之间存在此消彼长的竞争关系，POC对MAOC表现为显著的负向调控效应。值得关注的是，在大幅降水事件下，重度放牧反而显著促进了各土层MAOC的积累，表明高强度干扰可能通过改变有机质的物理破碎与溶解性组分迁移路径，加速了活性碳向稳定碳库的转化。相比之下，DOC和EOC虽对短期降雨脉冲表现出高度的瞬时敏感性，但其平均含量在不同放牧强度间没有显著差异。
基于上述发现，团队提出了分区调控的适应性管理策略：轻度放牧区重点维持现有植被和生物过程；中度放牧区实施轮牧或延迟放牧以恢复土壤结构；重度放牧区实行长期封育，重点培育深层碳库。
编 辑：万 千
审 核：贾 波
