●?放牧強度；補償生長；根際；磷組分；根系分泌物；菌根真菌。

●（1）背景：畜牧業生產導致的土壤侵蝕和磷（P）去除導致草原中磷的嚴重消耗。因此，了解植物如何應對這種磷限制條件以及不同放牧強度下土壤中哪些磷轉變過程對于更好地科學管理放牧草地至關重要。

●（2）主題：本研究進行了一項田間試驗，測試了不同放牧強度（輕、中、重）和控制（不放牧）對中國內蒙古典型溫帶草原地區磷相關動態的影響。

●（1）科學問題：放牧如何影響該地區土壤中磷的轉化？其驅動因素是什么？

●（2）科學假說：a.放牧強度越大，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）共同促進了根際其它磷組分中不穩定磷的釋放，從而緩解了隨之而來的磷缺乏。

●（1）本研究在內蒙古錫林浩特市中國農業科學院草地生態系統研究所（北緯44°15′，東經116°42′)進行。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，設置4個處理，包括不放牧（對照）和3個放牧強度：(1)輕度放牧處理，每小區4只羊（T4）；(2)中等放牧處理，每小區8只羊(T8)；(3)重放牧處理，每小區12只羊(T12)。對照、T4、T8和T12處理下的放牧強度分別為每公頃0、0.75、1.50和2.25只羊單位。每個放牧強度隨機分配到 1.33 公頃地塊，總共 4 個處理 × 3 個重復 = 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，羊被允許在這些地塊上吃草。

●（2）年初級生產力(APP)與群落組成：

●（3）土壤、植物和草食動物排泄物進行取樣

2019年8月中旬，在植物生物量達到峰值時，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合樣本中，每個地塊內共嵌套3個復合樣本。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，并轉移到實驗室進行分析。葉、根和糞便樣本經過烘干和研磨，以測量其營養素濃度。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干用以測量有效磷；干燥的根際土壤也進行了理化分析。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碳（SOC）進行量化。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。

●（6）土壤低分子量有機酸含量：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）與細菌（G+和G-細菌生物量之和）的生物量之和。

●（8）數據分析

為了消除放牧強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。比較植物養分、土壤Olsen-P濃度、理化性質、磷的變化。放牧強度中的分數、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平均值。Pearson 相關性用于評估根際理化性質、LMWOA 濃度、微生物生物量和 P 組分比例之間的關系。結構方程模型 (SEM) 用于揭示在強加放牧梯度下根際中不穩定 P 和有機 P 比例的動員機制。使用 R 中的“lavaan”和“semPlot”包構建模型。為了進一步闡明每種放牧強度處理下 P 動員的具體機制，應用了主成分分析 (PCA)。所有這些分析和相關數據分別在 R 軟件中進行和繪制。

●（1）植物養分、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，羊草的優勢度保持不變，而在T12條件下，羊草的優勢度顯著下降。在T12條件下，一年生草本植物的優勢度顯著增加（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)；根際細菌G+和G-以及放線菌的生物量變化與總PLFA對放牧的響應基本一致。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/細菌和G+/G-均顯著高于非根際土壤。

●（3）根際理化性質的改變

放牧強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）放牧條件下根際環境因子與磷含量的關系

除草酸外，四種LMWOA的濃度與不穩定P和穩定P比例的增加幾乎呈顯著負相關，但與有機P比例的增加呈顯著正相關（P<0.05）。此外，檸檬酸與穩定和有機磷組分的關系最可預測。不同類型的微生物生物量與P組分之間的關系大體一致，與不穩定P或穩定P的比例增加呈正相關，但與有機P的比例呈負相關。AMF、EMF和其他真菌的生物量值均顯示出與不穩定P比例增加顯著的正相關關系，其中EMF最強（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，而其他LMWOA則相反（P<0.05）。此外，我們還發現根際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。SEM結構方程模型顯示，根際環境因子檸檬酸濃度、沙粒比例、TN和糞磷含量對放牧條件下有機磷含量有正的凈效應，而SWC對有機磷含量有負的凈效應。

檸檬酸濃度、TN和糞磷含量對有機磷比例均有直接顯著的影響(P<0.05)。此外，除TN外，其它因素均通過強相互作用影響有機磷的比例。放牧條件下，土壤中不穩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生物量來增加不穩定磷（活性磷）。

●（1）不同放牧強度對植物養分及APP的影響

草食動物的活動可能會通過促進水和風蝕而嚴重破壞土壤環境，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償性生長，這是一種適應性生理反應。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分吸收和分配策略的關鍵指標之一。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分利用策略不同于其他處理。總體而言，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的動員機制在不同放牧強度梯度下測試并不均勻。因此，有必要進一步探討放牧條件下根際磷遷移的具體過程和驅動因素。

●（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。相關性分析表明，當根際不穩定磷的比例降低時，這可能會刺激植物增加其LMWOA的分泌。LMWOA 對 P 餾分轉化的后續影響可能是將穩定的 P 轉化為有機 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的濃度呈負相關（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動穩定的 P。穩定磷由有機磷和不溶性磷酸鹽組成，與金屬氧化物或其他顆粒緊密結合，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磷。除草酸外，LMWOA對有機磷的釋放有較強的影響，其中根系產生的檸檬酸最強。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 主要增加了有機磷的釋放，而放牧下根際大量不穩定磷的產生仍然值得進一步討論。

土壤微生物還可以通過產生磷酸酶以礦化有機磷、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。在當前的研究中，在不同的放牧強度下，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鍵作用。以前有關EMF的研究主要在森林中進行 我們的結果表明，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內草原地點放牧下根際P的動員主要是由菌根真菌的發育和植物在LMWOAs地下的分泌所驅動的。然而，本研究中兩者之間的負相關表明微生物過程與LMWOAs在土壤中的化學過程之間存在權衡，兩個P動員途徑可能受到土壤理化性質以及P有效性的影響。

●（3）放牧條件下根際磷素轉化過程及其對不同放牧強度處理響應的具體機制

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償性生長，導致植物磷的限制，從而產生大量的磷需求，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換。同時，草食動物的持續活動改變了土壤性質，進而影響植物對根際磷的動員過程。

●（1）放牧，特別是在輕、中度放牧強度下，提高了植被生產力。

●（2）與其他自然生態系統不同，放牧草地植被的磷限制可能是由于植物的補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化。在實際生產環境中，中等強度的放牧更有利于內蒙古草原的生態恢復，在其他類似地區也可能是如此?？傊覀兊难芯拷Y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化機制，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。