不同養分添加對黃河源區退化高寒濕地土壤微生物碳源利用的影響

段鵬，韋鎔宜，王芳萍，姚步青，趙之重，3*，胡碧霞，宋詞，楊萍，王婷

（1.青海大學，青海 西寧 810016；2.中國科學院西北高原生物研究所，青海 西寧 810008；3.青海理工大學生態與環境科學學院，青海 西寧 810016；4.中國科學院大學，北京 100049）

青藏高原高寒濕地作為國內面積最大的區域性沼澤濕地［1］，雖然具有水量調控、氣候調控和凈化環境等重要作用［2］，還具有極強的固碳釋氧能力［3-5］，但也具有多變且脆弱等特點［6］。近年來，由于自然因素和人為因素的干擾，導致高寒濕地結構發生紊亂、功能減弱［7］、固碳能力下降［8-10］、退化加劇［11］，其退化主要表現為植物群落退化［12-13］、土壤養分減少［14-15］、微生物群落改變等。土壤微生物是濕地土壤活體的重要組成部分［16-17］，對土壤養分固持和促進植被生長具有重要影響［18-19］，是濕地生態系統演替過程中不可或缺的重要驅動因子［20-22］。微生物對碳源的利用能力作為土壤質量和土壤肥力變化的重要指標，其不僅可以反映微生物群落的活性，還可以反映濕地土壤生態系統的穩定性［23］，是表征土壤質量和健康狀況的敏感指標［24-26］。濕地土壤微生物碳源利用能力受到植被群落及土壤養分變化影響，同時土壤微生物群落變化也影響植被與土壤養分變化［27-28］，并與植被和土壤構成相互作用的反饋體系。因此土壤微生物碳源利用能力可作為退化濕地修復研究中的重要評判指標。養分添加作為生態修復的重要措施，對于提升土壤肥力影響土壤質量演化和微生物群落變化具有重要作用，不同種類的養分添加對于土壤養分和微生物的影響不同［29］。但目前有關養分添加如何影響青藏高原退化濕地土壤微生物碳源利用仍不清楚。

目前退化濕地修復主要以自然恢復為主，結合適度人工措施輔助［30］。適宜的養分添加以增加高寒濕地退化過程中減少的土壤養分為著手，不僅可以提高土壤養分含量促進植被生長，依據底物偏好理論養分添加還可以影響微生物群落變化與碳源利用能力，因此養分添加對土壤微生物影響受到極大關注［31-32］。以往研究表明，養分添加的種類對微生物群落活性和碳源利用能力有極大影響［33］，劉蓮蓮等［34］研究發現施用有機肥和無機肥均會提升麥田土壤微生物碳源利用能力，He 等［35］研究發現有機肥和無機肥添加均會提高農田土壤微生物碳源代謝能力，并且有機肥添加較無機肥添加提升更高，戴輝等［36］研究發現氮添加可以提高微生物碳利用效率，而費裕翀等［37］研究發現施用氮肥會降低土壤微生物碳源利用，有機肥可以提高土壤微生物碳源利用。部分濕地和農田的研究也發現有機肥添加一般都能促進微生物群落的活性與碳源利用能力，而無機肥料效果較差［38-39］。而吳松芹等［40］在濱海濕地研究發現氮添加可以提升濕地土壤碳源利用能力。綜上所述，目前有關養分添加對土壤微生物碳源利用的影響的研究因研究生態系統和肥料種類的差異而結論不一，而黃河源區作為三江源之一，位于青藏高原腹地，其濕地資源健康受損［41］，對當地的生態環境和經濟收入產生嚴重影響［42］，但由于青藏高原自然條件較差等問題，導致對青藏高原高寒濕地的恢復研究進展相對緩慢，高寒濕地生態系統中養分添加對土壤微生物碳源利用的研究較為匱乏，導致不同養分添加對退化高寒濕地土壤微生物碳源利用影響在很大程度上仍然認識不清。

因此，為探究不同養分添加對黃河源退化高寒濕地土壤微生物碳源利用能力的影響，本研究以黃河源區退化高寒濕地為研究對象，采用空間代替時間的方法，在高寒濕地不同退化階段設置不同養分添加試驗。分析其土壤微生物碳源利用、植被群落以及土壤理化指標變化特征，并通過對各環境因子與土壤微生物碳源利用特征進行結構方程模型構建，以期揭示不同養分添加對土壤微生物碳源利用的影響，從而為調控退化高寒濕地微生物碳源利用與土壤質量提升提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區自然概況

試驗區地處瑪多縣三江源國家公園保護區（33°50′-35°40′ N，96°55′-99°20′ E），試驗區總面積為600 hm2，平均海拔4500 m，試驗區內含有由湖泊濕地和零星水域組成的濕地核心區，核心區域的零星水域在雨季能得到部分水源補充。從濕地核心區向外延伸發現干涸的分支河道和零星干涸小湖泊的痕跡并伴隨著土壤干旱和鹽漬化，并且有一條河流自北向南流過試驗區，試驗區詳細概況介紹見文獻［43］。

1.2 樣點布設及采樣概況

2018 年5 月，在實驗區內，采用空間代替時間的方法，參考馬維偉等［44］和李建瑋［45］對高寒濕地退化過程中的植被特征變化研究，根據水分梯度和植被群落變化特征，以核心區的湖泊濕地為中心向外圍出發，垂直距離核心區濕地由近及遠，設置3 條重復樣線。從濕地核心區向外圍延展將退化高寒濕地劃分為濕地（濕地，UD）、輕度退化濕地（沼澤化草甸，LD）、中度退化濕地（退化草甸，MD）、重度退化濕地（退化草原，SD）。參考高寒濕地和高寒草地施肥研究［11，46-48］，在各退化階段的濕地設置試驗區。試驗區包含對照（CK）、氮添加（N，0.013 kg·m-2）、磷添加（P，0.075 kg·m-2）和混施有機摻混肥添加（S，有機肥 0.150 kg·m-2+摻混肥 0.022 kg·m-2）4 個處理。其中，氮肥為南京豐喜牌尿素（總氮≥46%）；磷肥為文峰塔牌過磷酸鈣（有效磷≥12%）；有機肥為山東列化成有機肥料（有機質≥45%）；摻混肥為山東茂施牌摻混肥料（控釋氮≥18%），施肥處理均以撒播進行，在2018 年5 月進行一次施肥處理，每個處理3 次重復。

2018 年8 月，對所劃分的各試驗小區進行采樣，在每個試驗小區隨機選擇0.5 m×0.5 m 樣方框，進行植被群落采樣。采用網格法估算框內植被蓋度后將地上部分齊地面剪下，帶回實驗室烘干（65 ℃，48 h），計算地上生物量。使用根鉆采集0～10 cm 土層的植被根系，去除雜草、泥土和碎石等，清洗烘干（65 ℃，48 h），計算地下生物量。在每個試驗小區內使用土鉆（直徑5 cm）鉆取0～10 cm 土層的土壤，采用多點混合法采取土樣，去除植被根系和碎石，進行土壤理化性質和土壤微生物功能多樣性測定，具體方法如下：采用重鉻酸鉀-內稀釋熱法測定土壤有機碳含量，采用流動分析儀（SEAL AutoAnalys-er3，德國）測定土壤全氮和全磷含量［49］，采用pH 計測定土壤pH［50］，采用 TopCloud-agri WET 速測儀測定土壤含水量（體積含水量）。采用 Biolog-Eco 微平板法測定土壤微生物功能多樣性，將10 g 土樣與90 mL 的0.85%滅菌NaCl 溶液混合震蕩靜置，并吸取上清液10 mL 再稀釋100倍，得到所需的土壤懸濁液，無菌條件下吸取150 μL 實驗所得的土壤懸浮液接種到 Biolog-Eco 板中，25 ℃恒溫培養240 h，每24 h 使用酶標儀在590 nm 條件下測定Biolog-Eco 板各孔吸光值［49］。

1.3 數據處理

本研究中植被、土壤和微生物對照組數據來源于段鵬等［49］。

土壤微生物平均顏色變化率（average well color development，AWCD）［51］：AWCD=[∑(C-R)]÷N式中：C為每個有培養基孔的吸光值，R為對照孔的吸光值，N為培養基孔數。

微生物碳源相對利用率：各類碳源AWCD 之和/全部碳源利用的AWCD 之和×100%，Biolog-Eco 生態板中共有31 種碳源。

基本數據采用 Excel 進行分析并成圖，數據以平均值±標準誤的方式表示，運用SPSS（IBM SPSS Statistics 26）進行單因素方差分析（One-way ANOVA）［43］和Pearson 相關性分析。以下所有數據分析及成圖均在 R 4.2.2（R Development Core Team，2022）中進行，使用R 4.2.2 軟件對各環境因子進行雙因素方差分析，使用random Forest 包進行各環境因子對土壤微生物總碳源利用變化的相對重要性大小排序以及土壤微生物各類碳源利用能力對土壤微生物總碳源利用變化的相對重要性大小排序，使用glmm.hp 包進行退化和施肥對土壤微生物碳源利用變化影響的相對重要性大小排序，使用link ET 包進行各環境因子與土壤微生物碳源利用情況的Mantel 檢驗，使用 piecewise SEM 包構建模型進行不同養分添加對土壤微生物碳源利用的影響研究。

2 結果與分析

2.1 不同養分添加下退化濕地植被及土壤特征

不同養分添加下退化高寒濕地植被、土壤和微生物狀況的雙因素方差分析數據見表1，濕地退化顯著影響植被蓋度、地下生物量、土壤全氮和全磷含量以及AWCD；養分添加顯著影響植被地下生物量、土壤含水量、pH 和AWCD；濕地退化和養分添加的交互作用顯著影響植被地下生物量和土壤含水量。

表1 植被、土壤和微生物狀況的雙因素方差分析（F 值）Table 1 Two-factor ANOVA analysis of vegetation，soil and microbial status（F value）

不同養分添加下退化高寒濕地植被群落基礎數據見表2，隨著高寒濕地退化程度加劇，植被蓋度、地上生物量和地下生物量顯著下降（P<0.05），各退化階段的氮添加區的植被蓋度均高于對照區，輕度退化濕地的有機摻混肥添加區蓋度最高（98.10%±0.66%）；各退化階段的氮肥添加區和有機摻混肥添加區的植被地上生物量均高于對照區，其中，以輕度退化濕地的氮肥添加區最高［（174.60±2.20）g·m-2］；除輕度退化濕地外，各退化階段的氮添加區和有機摻混肥添加區的植被地下生物量均高于對照區，其中，以中度退化濕地的有機摻混肥添加區最高［（166.48±0.68）g·m-2］。整體看，氮添加和有機摻混肥添加均會使退化濕地的植被蓋度、地上生物量顯著提高（P<0.05）。

表2 2018 年退化高寒濕地不同養分添加下植被群落特征Table 2 Characteristics of vegetation community in degraded alpine wetland with different nutrients in 2018

不同養分添加下退化高寒濕地土壤理化性質數據見表3，隨著濕地退化程度的加劇，土壤全氮、全磷、有機碳和含水量呈下降趨勢，土壤pH 呈上升趨勢，并具有顯著性差異（P<0.05），各退化階段的磷添加區土壤全氮含量均高于對照區，其中，以輕度退化濕地磷添加區最高，為（1.91±0.24）g·kg-1；輕度和重度退化濕地的3 種養分添加區的土壤全磷含量均高于對照區，但沒有顯著差異；養分添加對退化濕地土壤有機碳含量的變化沒有顯著影響；除重度退化濕地外，各退化階段的養分添加區的土壤含水量顯著低于空白對照（P<0.05），其中，以中度退化濕地磷添加區土壤含水量最低，為（0.27±0.01）m3·m-3。各退化階段的有機摻混肥添加區的土壤pH 均低于對照區，其中，以中度退化濕地有機摻混肥添加區的土壤pH 最低（8.39±0.03）。整體看，施用有機摻混肥不僅能提升退化濕地的土壤全磷含量還可以降低其土壤鹽堿性。

2.2 不同養分添加下退化濕地土壤微生物群落碳源利用總體特征

土壤微生物群落AWCD 不僅可以反映土壤微生物群落的活性，還可以反映土壤微生物碳源利用總體特征以及對單一碳源的利用能力［52-53］，土壤AWCD 會隨培養時間的延續而變化。如圖1 所示，不同養分添加下退化高寒濕地土壤各退化階段土壤微生物群落的AWCD 隨培養時間的增加而升高，其變化過程為：0～24 h 各點的AWCD 值無明顯變化，24～144 h 各點的AWCD 迅速增長，表明該培養時間段土壤微生物代謝功能最為活躍，168 h 后各點的AWCD 值增長逐漸緩慢趨于平穩。

圖1 土壤微生物群落AWCD 隨時間的動態變化Fig.1 AWCD dynamics over incubation time

為了研究不同養分添加對退化高寒濕地微生物碳源利用總體特征的影響，本研究選取了在168 h 培養時間下趨于穩定的AWCD 進行分析。如圖2 所示，隨著高寒濕地退化，微生物群落的AWCD 呈下降趨勢，不同養分添加對高寒濕地各退化階段的土壤微生物碳源利用總特征影響是不同的，其中，輕度退化濕地不同養分添加下的土壤微生物AWCD 均低于對照；中度退化濕地進行氮添加的土壤微生物AWCD 顯著高于對照（P<0.05）；重度退化濕地進行磷肥添加下的土壤微生物AWCD 高于對照，但無顯著性差異。

圖2 退化高寒濕地不同養分添加下土壤微生物AWCDFig.2 Soil microbial AWCD in different degradation stages of alpine wetlands under different human disturbances

2.3 不同養分添加下退化濕地土壤微生物對各類碳源利用特征

為了比較不同養分添加對于退化高寒濕地微生物對碳源利用能力的影響，本研究將Biolog-Eco 板中共有的31 種碳源分為單糖/糖苷/聚合物類、醇類、氨基酸類、酯類、胺類和酸類等六大類，通過不同養分添加下微生物對六大類碳源利用的能力進行對比分析。不同養分添加下退化濕地土壤微生物對酯類、氨基酸類和醇類碳源的利用能力較強，其中土壤微生物對酯類碳源利用能力基本高于其他類碳源，酯類碳源為優勢碳源（表4）。不同養分添加影響微生物群落對各類碳源的利用程度，有機摻混肥添加會增加輕度和中度退化濕地土壤微生物對酯類碳源的利用占比，隨著濕地退化的加劇，其對酯類碳源的利用占比增長的影響逐漸減小，微生物對酯類碳源的利用占比從輕度退化濕地較CK 提升了37.13%到中度退化濕地較CK 提升了14.00%。氮添加會增加各退化階段高寒濕地土壤微生物對醇類碳源的利用占比，隨著濕地退化的加劇，其對醇類碳源的利用占比增長的影響逐漸增大。微生物對醇類碳源的利用占比從輕度退化濕地較CK 提升了6.54%，到重度退化濕地較CK 提升了46.97%。氮添加還會降低退化濕地土壤微生物酸類碳源的利用占比，尤其在退化后期的重度退化階段最為明顯，土壤微生物酸類碳源的利用占比較CK 降低了33.05%，重度退化濕地氮添加下土壤微生物對酸類碳源利用占比與輕度退化濕地CK 的酸類碳源利用占比相近。

表4 退化高寒濕地不同養分添加下土壤微生物對各類碳源的利用情況Table 4 Utilization of various carbon sources by soil microorganisms in different degradation stages of alpine wetlands

2.4 不同養分添加下土壤微生物對碳源利用與環境因子之間的Mantel 分析

為進一步探究不同養分添加下，影響退化高寒濕地土壤微生物六大類碳源利用能力變化的環境因素，本研究采用Mantel 檢驗方法，對不同養分添加下退化濕地土壤微生物不同種類碳源利用的能力以及相應的環境因子進行影響因子分析（圖3）。Mantel 檢驗中的微生物碳源利用數據是由微生物對各類碳源的利用能力共同組成。不同養分添加下影響土壤微生物六大碳源利用情況的環境因子也是不同的，在沒有養分添加情況下，退化濕地土壤微生物六大碳源利用能力變化受土壤全氮含量（r=0.602，P=0.001）、pH（r=0.273，P=0.03）、土壤含水量（r=0.745，P=0.001）、植被蓋度（r=0.642，P=0.001）和植被地下生物量（r=0.574，P=0.001）的顯著影響，并且與土壤全氮含量、土壤含水量、植被蓋度和植被地下生物量呈極顯著正相關（P<0.01）；在氮添加情況下，退化濕地的土壤微生物六大碳源利用能力變化受土壤全磷含量的顯著影響（r=0.427，P=0.037），其中土壤全磷含量與土壤含水量、植被蓋度和植被地下生物量顯著相關（P<0.05）；在磷添加情況下，退化濕地的土壤微生物六大碳源利用變化受植被蓋度的顯著影響（r=0.341，P=0.032），其中植被蓋度和植被地上和地下生物量顯著相關（P<0.05）；在有機摻混肥添加情況下，退化濕地的土壤微生物六大碳源利用變化受土壤全氮含量（r=0.311，P=0.05）、土壤全磷含量（r=0.623，P=0.001）、土壤含水量（r=0.563，P=0.006）、植被蓋度（r=0.590，P=0.01）和植被地上生物量（r=0.759，P=0.002）的顯著影響，并且與土壤全氮含量、植被蓋度和植被地上生物量呈顯著正相關（P<0.05）。通過上述分析可知，植被蓋度、植被地上生物量、植被地下生物量和土壤含水量直接或間接地對退化濕地土壤微生物碳源利用能力產生影響。其中植被蓋度、植被地上生物量和植被地下生物量存在顯著相關性（P<0.05）。

2.5 不同養分添加下影響退化濕地土壤微生物碳源利用總特征變化的關鍵微生物碳源利用因子

為探究養分添加下，退化高寒濕地土壤微生物對各類碳源的利用能力與土壤微生物碳源利用總特征的關系，本研究對土壤微生物利用各類碳源的能力進行了隨機森林分析，如圖4 所示，不同養分添加下退化濕地土壤微生物脂類、醇類和氨基酸類碳源的利用能力對土壤微生物AWCD 變化貢獻率較高（P<0.05），其中微生物利用這三類碳源的能力改變對土壤微生物AWCD 變化貢獻率表現為酯類>醇類>胺類。

圖4 土壤微生物各類碳源的利用對土壤微生物AWCD 變化相對重要性排序Fig.4 Ranking of relative importance of utilization of various carbon sources of soil microorganisms to changes of AWCD of soil microorganisms

2.6 不同養分添加下影響退化濕地土壤微生物碳源利用總特征關鍵環境因子

為探究不同養分添加下，退化高寒濕地的植被群落特征和土壤理化指標對土壤微生物碳源利用總特征的影響，本研究對影響土壤微生物AWCD 變化的各環境因子進行了隨機森林分析，如圖5 所示，在不同養分添加下退化高寒濕地的土壤含水量、植被蓋度、pH、地上生物量和地下生物量對土壤微生物AWCD 變化貢獻率較高（P<0.05），其中，各環境因子對土壤微生物AWCD 變化貢獻率表現為土壤含水量>植被蓋度>pH>植被地下生物量>植被地上生物量。

圖5 環境因子對土壤微生物AWCD 變化相對重要性排序Fig.5 Ranking of relative importance of environmental factors to changes in soil microbial AWCD

2.7 濕地退化與養分添加對土壤微生物碳源利用總特征的影響機制

為進一步探究不同養分添加對退化濕地土壤微生物碳源利用總特征的影響及機制，本研究以土壤微生物碳源利用能力為目標因子，對濕地退化和養分添加雙因素進行了相對重要值排序。如圖6 所示，濕地退化對土壤微生物碳源利用能力的影響為43.23%，施肥對土壤微生物碳源利用能力的影響為26.55%，兩者交互一共解釋了土壤微生物變化的30.22%。通過隨機森林結果選取影響土壤微生物AWCD 的各環境因子，構建了不同養分添加對土壤微生物AWCD影響的結構方程模型（SEM）。如圖7 所示，退化濕地進行氮添加對土壤微生物AWCD 變化起正效應（總效應值為：0.873×0.295=0.258），其中，氮添加顯著影響植被地上生物量增長（效應值為0.873），而植被地上生物量又可以顯著正向影響土壤微生物AWCD（效應值為0.295）；磷添加對土壤微生物AWCD 變化未產生顯著效應影響；有機摻混肥添加對土壤微生物AWCD 變化起負效應影響［總效應值為：（0.515×0.295）+（-0.438×0.562）=-0.094］，有機摻混肥添加主要是通過影響植被地上生物量和土壤含水量進而影響土壤微生物AWCD，雖然有機摻混肥添加可以顯著影響植被地上生物量增長從而對土壤微生物AWCD 起正效應影響（間接效應值為：0.515×0.295=0.152），但有機摻混肥添加也會負向顯著影響土壤含水量，而對土壤微生物AWCD 起負效應影響（間接效應值為：-0.438×0.562=-0.246），因此，總體上有機摻混肥添加對土壤微生物AWCD 變化起負效應影響，并且3 種施肥處理均會對退化高寒濕地土壤含水量變化起負效應。

圖6 退化和施肥對土壤微生物AWCD 相對重要性排序Fig.6 Ranking of relative importance of degradation and fertilization to soil microorganism AWCD

圖7 不同養分下退化濕地各環境因子對土壤微生物AWCD 調控機制結構方程模型Fig.7 Piecewise structural equation model of AWCD regulation mechanism of environmental factors in degraded wetland under different nutrients

3 討論

本研究結果顯示不同養分添加不僅會影響植被群落特征和土壤理化性質，還會對退化濕地土壤微生物碳源利用總特征產生不同的影響，除中度退化濕地進行氮添加和重度退化濕地進行磷添加會使土壤微生物總碳源利用能力增加外，其他養分添加均會降低微生物碳源利用能力（圖2）。這與張瑞等［54］和刁嬋等［55］通過對農田和森林研究得到的養分添加會降低微生物碳源利用能力的結論部分相似，而翁曉虹等［56］對三江平原濕地研究發現氮肥添加會提高微生物碳代謝活性，劉紅梅等［57］通過對玉米（Zea mays）田進行養分添加研究也發現養分添加會使微生物碳源利用能力有所增強。這說明土壤微生物碳源利用能力在不同生態系統和氣候條件下對養分添加的響應規律是不同的，也可看出土壤微生物碳源利用能力受多因素影響。

已有文獻表明，養分添加不僅影響土壤微生物總體碳源利用能力，同時還改變了土壤微生物對各類碳源的利用能力與方式［58］。本研究結果顯示養分添加雖不能改變退化高寒濕地土壤微生物的優勢碳源類型，土壤微生物對酯類碳源的相對利用率仍始終高于其他碳源，酯類碳源為優勢碳源，但不同養分添加可以改變退化濕地土壤微生物對各類碳源的利用程度。有機摻混肥添加會提升土壤微生物對酯類和醇類碳源的利用程度，氮添加會提升土壤微生物對醇類碳源的利用程度（表4）。這與朱凡等［59］對樟樹（Cinamomum camphora）林研究表明，施氮后仍然改變不了優勢碳源類型，但可以提高其他類碳源的利用率的結論相近。而郭瑩等［60］對農田研究發現不同養分添加下土壤微生物優勢碳源和主要碳源利用存在差異。本研究結果表明，對退化高寒濕地進行氮添加還可以降低微生物酸類碳源利用占比（表4），這與小葉樟（Calamagrostis angustifolia）濕地進行氮添加研究結果一致［56］，而已有研究發現微生物酚酸類碳源被微生物利用容易產生自毒作用，從而降低微生物群落活性和碳源利用能力，破壞其群落功能［61-63］。因此，本研究推測退化高寒濕地進行氮添加可以降低微生物的自毒作用，進而影響土壤微生物群落的活性與功能，為退化高寒濕地通過施用氮肥改善微生物群落活性、結構與功能提供了科學理論支撐。

不同的施肥處理會導致植被群落以及土壤中的化學、物理和生物等性質發生變化，而不同養分添加下退化高寒濕地土壤微生物碳源利用能力的改變，是土壤微生物群落為適應生境變化所而做出的反應。本研究通過各環境因子與微生物不同碳源利用能力間的Mantel 檢驗發現，不同養分添加下影響退化濕地土壤微生物六大碳源利用情況的環境因子是不同的，在氮肥添加下，退化濕地的土壤微生物六大碳源利用變化受土壤全磷的顯著影響，在有機摻混肥添加情況下，退化濕地的土壤微生物六大碳源利用變化受土壤全氮、土壤全磷、土壤含水量、植被蓋度和植被地上生物量的顯著影響（圖3）。而以往研究表明，氮添加下三江平原菖蒲濕地土壤微生物碳源利用受土壤全氮、總有機碳、土壤含水率、可溶性有機氮、可溶性有機碳、硝態氮、銨態氮和pH 等土壤理化性質影響［64］。因此，在評估不同養分添加對土壤微生物碳源利用的影響時，考慮土壤中營養元素、土壤pH 值以及植被群落的組成等因素的同時，還要結合具體養分添加的肥料種類以及添加含量等方面進行綜合分析。本研究結果表明，和農田生態系統相似［54］，施肥處理下退化高寒濕地土壤微生物碳源利用總特征變化也受微生物酯類碳源利用能力的影響。不同之處在于施肥處理下的高寒退化濕地土壤微生物碳源利用總特征變化還受微生物醇類和胺類碳源利用能力的影響，體現了高寒退化濕地生態系統的特異性（圖4）。

為進一步探究養分添加對土壤微生物碳源利用的影響路徑，構建不同養分添加對土壤微生物碳源利用總特征影響的結構方程模型可知，退化高寒濕地進行有機摻混肥添加可以通過提升植被地上生物量，促進土壤微生物碳源利用，但有機摻混肥對土壤微生物碳源利用的促進作用受土壤含水量顯著降低的限制（圖7）。這與旱地施肥研究結論一致［65-66］，這可能是有機摻混肥添加相較氮添加更有利于促進植被根系生長發育，增大了植被在土壤中的吸收能力，導致土壤含水量顯著下降從而降低土壤微生物碳源利用能力。本研究還發現退化濕地進行氮添加對土壤微生物碳源利用總特征變化起正效應影響，并且主要是通過顯著增加植被地上生物量，進而間接地對土壤微生物碳源利用總特征產生正向影響（圖7）。這與草原養分添加研究中得到的短期氮添加促進土壤中微生物碳代謝功能的結論相似［67］。可能原因為：一方面氮添加可能改變了土壤養分的有效性以及轉化［67-69］，另一方面氮添加有助于緩解生態系統的氮限制，提高了土壤有效氮含量，從而影響土壤微生物的碳源利用能力［67］，氮添加有利于緩解黃河源區退化濕地土壤的氮限制，從而促進植被生長和土壤微生物的代謝。武曉森等［70］對農田研究發現，氮添加會降低土壤微生物活性，本研究結果與此不一致，可能是在部分生態系統中進行氮添加會造成土壤酸化［71］，使其土壤微生物碳源利用能力下降，也可能是本試驗高寒濕地屬于高寒高海拔區，其土壤中可利用氮較少［72］，相較其他生態系統氮限制更為明顯，并且不同生態系統的植被地上生物量對土壤微生物碳源利用能力的影響也存在差異。由于氮添加對土壤微生物碳代謝能力的影響不僅受生態系統類型的影響，還受添加含量和添加方式以及添加時間的影響［69］。因此，氮添加對退化高寒濕地土壤微生物活性和碳源利用能力的影響仍有待進一步探究。并且通過結構方程模型構建，本研究發現影響土壤微生物碳源利用總特征變化的因素有地上生物量和土壤含水量，因此，維持植被地上生物量的穩定狀態，有助于保持土壤微生物對碳源的高效利用能力，從而維持生態系統的健康和穩定。

4 結論

在黃河源區退化高寒濕地進行養分添加不僅可以增加土壤養分促進植被生長，氮添加還可以顯著提高中度退化階段土壤微生物碳源利用能力，而磷添加和有機摻混肥均未能顯著提高高寒濕地各退化階段土壤微生物碳源利用能力。不同養分添加可以影響土壤微生物對各類碳源的利用能力，其中有機摻混肥和氮添加會增加退化濕地土壤微生物脂類和醇類碳源的利用占比，降低酸類碳源的利用占比。不同養分添加下退化高寒濕地土壤微生物碳源利用總特征變化主要受土壤微生物酯類、醇類和胺類碳源利用能力改變的影響。結構方程模型結果分析顯示，退化高寒濕地氮添加和有機摻混肥添加都可以通過提升植被地上生物量，促進土壤微生物碳源利用，但有機摻混肥對土壤微生物碳源利用的促進作用受土壤含水量降低的限制。