模擬牲畜采食對高寒草甸土壤潛在氧化亞氮排放的影響

摘要：探明牲畜采食對土壤氧化亞氮（N2O）排放的影響，是準確預測放牧干擾下高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體變化的關鍵。本研究通過刈割留茬模擬牲畜不同強度采食行為（無采食，CK；輕度采食，LD：留茬高度3 cm；重度采食，HD：留茬高度＜1 cm），利用室內培養(yǎng)法測定土壤潛在N2O排放，并測定了土壤理化性質、酶活性以及硝化和反硝化功能基因豐度等指標。結果表明：LD處理對土壤潛在N2O排放無顯著影響，但HD處理顯著降低了潛在N2O排放（P ＜0.05）。重度采食導致輸入土壤銨態(tài)氮（NH+4-N）和碳減少，降低土壤AOA-amoA，nirS和nosZI基因豐度及反硝化潛勢（Denitrification potential，DP），減弱土壤硝化和反硝化作用從而降低N2O排放。綜上，輕度采食對土壤潛在N2O排放無顯著影響，但重度采食可能通過降低土壤硝化和反硝化作用，減弱土壤潛在N2O排放。

關鍵詞：高寒草甸；硝化作用；反硝化作用；放牧

中圖分類號：S812.2""" 文獻標識碼：A""""" 文章編號：1007-0435（2024）09-2794-09

doi：10.11733/j.issn.1007-0435.2024.09.013

引用格式：

吳曉芬， 陳有超， 蔣文婷，等.模擬牲畜采食對高寒草甸土壤潛在氧化亞氮排放的影響［J］.草地學報，2024，32（9）：2794-2802

WU Xiao-fen， CHEN You-chao， JIANG Wen-ting，et al.The Response of Potential N2O Emission from an Alpine Meadow Soil to Simulated Livestock Grazing［J］.Acta Agrestia Sinica，2024，32（9）：2794-2802

The Response of Potential N2O Emission from an Alpine Meadow

Soil to Simulated Livestock Grazing

WU Xiao-fen1，2， CHEN You-chao1，2*， JIANG Wen-ting1，2， SHEN Yu-ye1，2， CAI Yan-jiang1，2

（1.State Key Laboratory of Subtropical Silviculture， Zhejiang A＆F University， Hangzhou， Zhejiang Province 311300， China; 2.College of

Environment and Resources/College of Carbon Neutrality， Zhejiang A＆F University， Hangzhou， Zhejiang Province 311300， China）

Abstract：Clarifying the impact of livestock defoliation on soil nitrous oxide （N2O） emissions is pivotal for accurately predicting the alterations in greenhouse gas of the alpine meadow ecosystems under grazing disturbance. This study simulated the grazing behavior of livestock at different intensities by mowing stubble （no grazing，CK;light grazing，LD：stubble height 3 cm;heavy grazing，HD：stubble height ＜1 cm）. By using incubation methods，we measured the potential N2O emissions from the soil，and assessed soil physicochemical properties，enzyme activities，and the abundance of nitrification and denitrification functional genes. The results showed that the LD treatment had no significant effect on soil potential N2O emissions，but the HD treatment significantly reduced potential N2O emissions （P＜0.05）. Heavy defoliation resulted in the decrease of ammonium nitrogen （NH+4-N） input and carbon input，decreased the abundance of soil AOA-amoA，nirS and nosZI genes and denitrification potential （DP），weakened the nitrification and denitrification of soil，thereby reducing soil denitrification and N2O emissions.In conclusion，light defoliation does not have a significant impact on potential N2O emissions from alpine meadow soil，but heavy defoliation may reduce potential N2O emissions by jointly reducing nitrification and denitrification in soil.

Key words：Alpine meadow;Nitrification;Denitrification;Grazing

收稿日期：2024-03-15；修回日期：2024-05-29

基金項目：國家自然科學基金（41877085，32371844）資助

作者簡介：

吳曉芬（1998-），女，漢族，浙江慶元人，碩士研究生，主要從事土壤學研究，E-mail：xiaofenwu993@163.com；*通信作者Author for correspondence，E-mail：chenyouchao@zafu.edu.cn

在全球變化的背景下，草地生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體“源”/“匯”功能的變化及內在機制是當今政府和科學界關注的重點和熱點。氧化亞氮（N2O）是一種主要的溫室氣體，其增溫潛勢相當于二氧化碳（CO2）的273倍，且會對臭氧層造成破壞，嚴重威脅人類的生存環(huán)境［1-2］。草地土壤是主要的N2O排放源，貢獻了約10%的大氣N2O通量，其N2O排放的變化會顯著影響區(qū)域氣候［3］。近年來，過度放牧已嚴重影響到了草地生態(tài)系統(tǒng)的植被群落結構、凈初級生產力以及土壤微環(huán)境，進而改變土壤—大氣間的N2O交換通量［4］。采食是對草地生態(tài)系統(tǒng)影響面積最大的放牧行為，也是放牧行為的核心特征［5-6］。目前對牲畜采食行為的研究主要集中在其對牧草品質、地上/地下生物量的影響上［7-8］，而關于牲畜采食如何影響土壤N2O排放卻尚無定論，其影響的內在機制還不清楚。

為探究牲畜采食行為對土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響，以往研究通常采用刈割植物的方式來模擬動物采食［9-10］。雖然已有研究表明，刈割會使得輸入到土壤中的凋落物碳、氮減少，這可能會降低土壤氮轉化微生物所需碳源和底物的供應量，進而降低N2O排放［11］；但也有研究顯示，刈割會導致植物停止吸收NH+4-N和NO-3-N，使得土壤中無機氮含量增加，這會增強土壤硝化及反硝化作用并促使N2O的產生［12］。此外，硝化和反硝化相關微生物在土壤N2O的產生中扮演著至關重要的角色。硝化作用主要由具有amoA基因的氨氧化古菌（AOA）和氨氧化細菌（AOB）的土壤硝化菌驅動；反硝化作用主要由具有亞硝酸鹽還原酶基因（nirK和nirS）和N2O還原酶（nosZ）的反硝化菌協(xié)同完成［13-14］。同時，與土壤硝化和反硝化相關的微生物活性也可以通過硝化潛勢（nitrification potential，NP）和反硝化潛勢（DP）來表征，較高的NP和DP表明土壤中硝化和反硝化過程較為活躍［15-16］。由于土壤硝化/反硝化微生物活性及其功能基因是驅動土壤產生N2O的主要生物因子，牲畜采食可能會通過對硝化和反硝化相關微生物的影響來改變土壤N2O排放。雖然目前已有一些研究探索了牲畜采食對氮循環(huán)相關水解酶活性的影響，但是關于采食將如何改變土壤硝化和反硝化相關微生物及其功能基因還不得而知［17］。特別是，由于土壤硝化和反硝化相關微生物對牲畜放牧強度的變化較為敏感［18-19］，不同強度牲畜采食對這些微生物活性和功能基因的影響將如何進一步改變土壤N2O排放，這是亟需解決的科學問題。

青藏高原是歐亞大陸最大的地貌單元，是我國重要的生態(tài)安全屏障，對全球氣候變化和人類活動非常敏感。高寒草甸是青藏高原分布面積最廣的生態(tài)系統(tǒng)類型之一，也是當?shù)厥种匾姆拍敛輬觯?0］。然而，由于當?shù)啬翀龅某d放牧，致使青藏高原高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)退化嚴重。以往的研究已表明，青藏高原高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)土壤既可能為N2O的“源”，也可能為其“匯”［21］。那么，過度放牧行為是否改變高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)土壤N2O的“源”/“匯”功能？內在機制是什么？這是當今生態(tài)學界關注的熱點問題，而厘清放牧過程中牲畜采食行為對土壤N2O排放的影響是回答上述問題的關鍵。基于此，本論文以青藏高原東緣高寒草甸為研究對象，通過刈割留茬模擬牲畜不同采食強度，分析高寒草地土壤潛在N2O排放及其相關微生物活性和功能基因對牲畜采食的響應。研究旨在準確預測高寒草甸土壤生態(tài)過程對全球變化的響應提供依據(jù)，也為指導高寒草甸合理有效利用提供理論支撐。

1" 材料與方法

1.1" 試驗地概況與土樣采集

本研究在中國四川省紅原縣境內的中國科學院若爾蓋濕地全球變化研究站（32°58′4.41′′N，102°36′59.68′′E，海拔3465 m）進行。該地區(qū)位于青海省青藏高原東部邊緣，屬大陸性高原寒溫帶季風氣候。2011—2021年，平均日照時數(shù)2158.7 h，平均氣溫3.3℃，年平均降水量753 mm，且80%的降水集中在生長季（5—9月）［22-23］。根據(jù)中國土壤分類，研究區(qū)土壤類型為高寒草甸土。植被為典型的高寒草甸，主要以垂穗披堿草（Elymus nutans）、四川嵩草（Kobresia setchwanensis）、川西蒲公英（Taraxacum Lugubre）和鵝絨委陵菜（Potentilla anserine）等為優(yōu)勢物種［24］，生長季節(jié)為5—9月［25］。

于2019年在研究站內選擇植物生長狀態(tài)相似的草地進行模擬牲畜采食試驗［26］，牲畜的采食行為通過人工刈割進行模擬。根據(jù)當?shù)厣蠓拍恋膶嶋H情況，本研究設置輕度采食（LD：Light defoliation；留茬高度3 cm）、重度采食（HD：Heavy defoliation；留茬高度lt;1 cm）［27］以及無放牧的對照（CK）處理。試驗為完全隨機區(qū)組設計，每個處理4個重復。每個處理的樣地面積為4 m2（2 m×2 m），相鄰樣地之間間隔1 m。從2019年開始，每年生長季節(jié)的8月進行一次刈割，以模擬牲畜不同強度的采食。

土壤樣品于2021年8月刈割后采集。土采用“五點法”從每個樣地的中間和四角取表層（0～10 cm）土壤，隨即混合成一個均勻的土壤樣品，另外，在每個樣地內用100 cm3環(huán)刀取土樣，105℃干燥后的土壤干重，除以單位體積測得容重。所有土壤樣品被放置在4℃的車載冰箱內帶回實驗室，然后過2 mm土壤篩，并去除可見的植物殘體。將過篩后的土壤分成三份：一份自然風干后室溫保存；一份4℃冰箱保存；剩余部分-80℃冰箱保存，以備后續(xù)實驗。

1.2" 土壤理化性質的測定

風干的土壤樣品經鹽酸（0.5 mol·L-1）處理后，用元素分析儀（Vario Macro cube，Germany）測定土壤有機碳（Soil organic carbon，SOC）和總氮（Total nitrogen，TN）含量［28］。土壤其他指標的測定參考《土壤農業(yè)化學分析方法》，具體為：土壤水分含量（Water content，WC）用烘干法在105℃干燥到恒定質量測定；土壤pH值用煮沸的去離子水浸提（水土比1∶2.5），于磁力攪拌機上攪拌30 s后靜置30 min，上清液用METTLER TOLEDO Seven Compact型pH計（METTLER TOLEDO，USA）測定；土壤NH+4-N和NO-3-N用 2 mol·L-1KCl溶液按5∶1液土比浸提1 h，浸提過后在170 r·min-1、25℃條件下充分震蕩30 min后過濾，過濾后得到的浸提液采用靛酚藍比色法測定NH+4-N、用雙波長差法測定NO-3-N；對于可溶性有機碳（Dissolved organic carbon，DOC），則稱取5 g鮮土加入25 mL去離子水（水土比5∶1），170 r·min-1震蕩30 min后，在20℃條件下以3500 r·min-1的速度離心20 min，離心后過0.45 μm濾膜，用TOC儀器（Multi C/N 3100，Germany）測定。

1.3" 土壤潛在氧化亞氮排放的測定

本研究采用室內培養(yǎng)法（新鮮土壤樣品在15℃下培養(yǎng)28 d）測定土壤潛在N2O排放［29］。具體操作是：將20 g（干土重計）新鮮土壤放入250 mL培養(yǎng)瓶中，通過加入超純水使每個土壤樣品含水量達到土壤田間持水量的60%。為了防止水分過快流失，用扎孔的透氣膜（ParafilmM，USA）封住培養(yǎng)瓶口。每隔2-3 d利用稱重法確定水分損失，并補充超純水以保持恒定的土壤水分含量。氣體樣品分別于第0，1，3，5，7，14，21和28 d采集（若補水與氣體樣品采集發(fā)生在同一天，則先采集氣體樣品再補水）。每次采集氣體樣品時，用密封橡膠塞子密封培養(yǎng)瓶3.5小時（分別在0和3.5小時收集樣品）。使用20 mL氣密注射器從每個培養(yǎng)瓶的頂部收集氣體樣本，并使用氣相色譜儀（Agilent7890B，Santa Clara，CA，USA）將氣體樣本注入12 mL真空瓶（LabCo Exetainer，High Wycombe，UK），測量每個氣體樣品中的N2O濃度，并使用兩次氣體采樣時間之間N2O濃度的變化來計算N2O排放率［30］。

1.4" 土壤中硝化潛勢和反硝化潛勢及水解酶活性的測定

采用土漿培養(yǎng)法測定土壤硝化潛勢（NP）［16］。將15 g新鮮土壤稱入250 mL培養(yǎng)瓶中，加入100 mL硝化潛勢溶液（1.5 mL 0.2 mol·L-1 KH2PO4，3.5 mL 0.2 mol·L-1 K2HPO4，15 mL 50 mmol·L-1 （NH4）2SO4，加入900 mL去離子水，調整pH值為5.6，然后調節(jié)體積為1L）。在培養(yǎng)瓶上覆蓋透氣膜（ParafilmM，USA），并在搖床上180 r·min-1震蕩24小時。在第2，4，8，12，16，20和24 h吸收10 mL懸浮液，用紫外分光光度計（UV-2600，Shimadzu，Kyoto，Japan）測定漿液中NO-3-N的濃度。根據(jù)時間與NO-3-N含量的線性關系計算NP（mg·kg-1·h-1）。

采用乙炔抑制法測定土壤反硝化潛勢（DP）［15］。將15 g新鮮干土放入250 mL培養(yǎng)瓶中，分別加入20 mg·L-1 NO-3-N溶液25 mL、40 mg·L-1 DOC和0.6 mmol·L-1氯霉素混合溶液25 mL。然后使用帶有雙向閥和液態(tài)硅膠的橡膠塞快速密封培養(yǎng)瓶（NQ-704，南京，中國）。將培養(yǎng)瓶抽真空30～60 s，然后將乙炔氦氣混合氣體注入培養(yǎng)瓶中，直至培養(yǎng)瓶內外大氣壓平衡。關閉培養(yǎng)瓶的雙向閥，將培養(yǎng)瓶放在125 r·min-1的振蕩培養(yǎng)箱上2 h。培養(yǎng)期結束時，收集20 mL頂空氣體樣本并注入12 mL真空瓶（LabCo Exetainer，High Wycombe，UK）。使用帶有電子捕獲檢測器的氣相色譜儀（Agilent7890B，Santa Clara，CA，USA）測量小瓶中的N2O濃度。N2O濃度在培養(yǎng)期內的增加表現(xiàn)為土壤DP（μg·kg-1·h-1）。

土壤N循環(huán)相關胞外酶活性采用微孔板熒光法測定，測定β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶（β-1，4-N-acetyl-glucosaminnidase，NAG）、亮氨酸氨基肽酶（7-Amino-4-methylcoumarin，LAP）水解酶，具體步驟參考相關文獻［31-32］。

1.5" 土壤DNA提取及定量PCR

使用Power SoilPro DNA分離試劑盒（MOBIO，Qiagen，Germany）提取土壤總DNA，一部分使用NanoDrop One分光光度計（Thermo Fisher Scientific，USA）測定其濃度和純度，另一部分-20℃低溫保存待用。使用定量實時PCR（qPCR）系統(tǒng)（ABI Quant Studio 3，Thermo Fisher Scientific，MA，USA）分析了土壤中硝化功能基因AOA-amoA和AOB-amoA以及反硝化功能基因nirS，nirK，nosZI和nosZII的豐度，其中nosZII基因豐度未能測出。每個qPCR擴增反應體系總體積為20 μL，其中SYBR PCR Master Mi 10 μL，上下游引物各0.2 μL，DNA模板1 μL（1～10 ng），滅菌超純水8.6 μL［33］。每個樣本重復3次。擴增引物序列、片段長度及熱條件見表1［2，34-37］。

1.6" 數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析

N2O排放速率計算公式：

F=（ρ×ΔC×V×273×10-6）/［W×Δt×（273+T）×10-3］（1）

式中，F(xiàn)為排放速率，μg·kg-1·h-1；ρ為密度，1.25 kg·m-3；V為培養(yǎng)瓶中氣體的有效空間，m3；W為置于培養(yǎng)瓶內的烘干土重，kg；ΔC為兩次采樣時間間隔的氣體濃度差；Δt為兩次采樣的時間間隔；T為培養(yǎng)時的溫度，℃。

N2O累積排放量計算公式：

M=∑ni=1Fi+Fi+12×（ti+1-ti）×24（2）

式中，M表示N2O累積排放量（μg·kg-1），F(xiàn)表示N2O排放速率（μg·kg-1·h-1），（Fi+1+Fi）表示為同一采樣點連續(xù)兩次氣體排放速率之和，i表示第i次采集氣體樣品，（ti+1-ti）為連續(xù)兩次采集樣品期間所隔天數(shù)。

土壤總孔隙度（%）：WFPS=（1-Bd/ds）×100（3）

式中，Bd 為土壤容重（g·cm-3），ds 為土壤密度（2.65 g·cm-3）。

土壤凈氮礦化速率（Net nitrogen mineralization rate， NMR）=［（土壤培養(yǎng)后NO3—-N+NH4+-N）-（土壤初始NO-3-N+NH4+-N）］/培養(yǎng)天數(shù)（4）

土壤凈硝化速率（Nitrification rate， NNR）=［（土壤培養(yǎng)后NO3—-N）-（土壤初始NO-3-N）］/培養(yǎng)天數(shù);（5）

使用Microsoft Excel 2019軟件進行實驗數(shù)據(jù)預處理。對所有功能基因的拷貝數(shù)進行對數(shù)變換，并在進行方差分析檢驗之前檢查所有數(shù)據(jù)的正態(tài)性。采用單因素方差分析（One-way ANOVA）檢驗不同強度采食對土壤理化性質（NH+4-N，NO-3-N，pH，DOC，SOC，TN和WFPS）和N2O排放的影響，使用Duncan方法進行事后多重比較檢驗（α=0.05）。采用Pearson相關分析方法檢驗土壤理化性質（pH值、水分、有機碳、TN、NH+4-N和NO-3-N濃度）、氮循環(huán)功能基因（AOA-amoA，AOB-amoA，nirS，nirK，nosZI）豐度與土壤N2O排放之間的相關性。運用隨機森林分析方法，檢驗各因子對土壤N2O排放影響的重要性。所有統(tǒng)計分析與繪圖均在R v. 3.6.3（R Core Team，Vienna，Austria）中進行。

2" 結果與分析

2.1" 土壤理化性質

模擬采食對土壤全氮（TN）、有機碳（SOC）和C/N均無顯著影響，但顯著改變了土壤容重（BD）、pH值、土壤孔隙度（Water filled pore space，WFPS）、可溶性有機碳（DOC）、NH+4-N及NO-3-N（表2）。總體上，LD處理下BD，WFPS和NO-3-N等指標相較于CK處理分別提高了30.42%，39.13%和9.94%；DOC和pH分別降低了5.66%和3.01%（P ＜ 0.05）。HD處理下DOC，NH+4-N和NO-3-N等指標相較于CK處理分別降低了18.42%，12.10%和15.12%（P＜0.05）。

2.2 "土壤硝化/反硝化潛勢及水解酶活性

LD處理硝化潛勢（NP）均值為2.14 mg·kg-1·h-1，相較于CK顯著降低了11.07%（圖1a，P ＜0.05）；而反硝化潛勢（DP）相較于CK并無顯著影響（圖1b）。HD處理硝化潛勢（NP）均值為2.66 mg·kg-1·h-1，相較于CK顯著提高了10.62%（圖1a，P＜0.05）；反硝化潛勢（DP）均值為310.82 μg·kg-1·h-1，相較于CK顯著降低了8.35%（圖1b，P ＜0.05）。LD和HD處理亮氨酸氨基肽酶（LAP）相較于CK并無顯著影響（圖1c）；N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶（NAG）活性均值分別為38.46 nmol·g-1·h-1和28.45 nmol·g-1·h-1，相較于CK顯著提高了216.09%和133.82%（圖1 d，P＜0.05）。

2.3" 土壤氮循環(huán)相關功能基因豐度

總體上，模擬采食處理顯著影響了土壤N循環(huán)功能基因豐度（nirK和nosZI基因除外；P＜0.05），但不同采食強度對功能基因影響不同（圖2）。LD處理AOA-amoA基因豐度均值為3.95×107 copies·g-1，相較于CK顯著降低了11.19%；AOB-amoA基因豐度均值為2.60×106 copies·g-1，相較于CK顯著提高了96.42%（P ＜0.05）。HD處理nirS基因豐度均值為3.95×107 copies·g-1，相較于CK顯著降低了20.15%；AOA-amoA基因豐度均值為3.69×107 copies·g-1，相較于CK顯著降低了17.03%（P＜0.05）。

2.4" 土壤潛在氧化亞氮排放和氮凈轉化速率

總體而言，不同模擬采食處理下土壤潛在N2O排放通量存在相似的時間變化規(guī)律（圖3）。HD處理土壤N2O累積排放量均值為26.68 μg·kg-1，相較于CK顯著降低了12.60%；凈氮礦化速率（NMR）均值為0.92 mg·kg-1·d-1，相較于CK顯著降低了19.95%；凈硝化速率（NNR）均值為0.90 mg·kg-1·d-1，相較于CK顯著降低了24.30%（圖3，P ＜0.05）。但相較于CK，LD處理下土壤N2O累積排放量、NMR和NNR并無顯著影響（圖3）。

2.5" 土壤潛在氧化亞氮排放的影響因素

Spearman相關分析顯示，不同采食處理下高寒草地土壤潛在N2O排放與土壤NH+4-N及NO-3-N含量、DOC、土壤NMR和NNR、DP、AOA-amoA及nirS基因拷貝數(shù)呈顯著正相關（P ＜0.05），與nosZI基因拷貝數(shù)呈負相關（圖4a）。此外，隨機森林分析表明，對于土壤潛在N2O排放，最重要的影響因子包括：NH+4-N，DP，DOC，NO-3-N和nirS（圖4b）。

3" 討論

放牧是高寒草地最主要的土地利用方式，而牲畜采食作為影響范圍最廣的放牧行為，其如何影響高寒草地生態(tài)系統(tǒng)的N2O排放還存在較大不確定性。一項基于全球草地數(shù)據(jù)的meta分析發(fā)現(xiàn)，隨著放牧強度的增加，放牧草地土壤的N2O排放受到了顯著抑制［19］。本研究結果也證實了此結論。本研究表明輕度采食（LD）對高寒草甸土壤潛在N2O排放沒有顯著影響，但是重度采食（HD）顯著降低了其潛在排放（圖3）。然而，郭小偉等［38］發(fā)現(xiàn)，重度放牧下牲畜踐踏使得土壤緊實度和死根量增加，進而導致土壤N2O排放量顯著增加；Xie等［39］研究認為，重度放牧下牲畜排泄物的養(yǎng)分歸還可以促進高寒草甸微生物活性和生物量，從而增加土壤N2O排放。這表明，和其它放牧行為相比，牲畜采食行為可能對草地生態(tài)系統(tǒng)有著截然不同的作用模式，解析采食行為對土壤N2O排放的抑制作用是解釋上述研究間不一致性的關鍵。

以往研究已表明，硝化和反硝化作用是草地生態(tài)系統(tǒng)土壤產生N2O最主要的過程。牲畜采食會減少植物地上生物量以及植物凋落物的輸入，這可能直接導致土壤碳氮輸入減少［11］。本論文結果也顯示，牲畜重度采食會顯著降低土壤銨態(tài)氮（NH+4-N）的含量（表2），并顯著降低土壤凈硝化（NNR）作用（圖3）。NH+4-N作為硝化作用的關鍵底物，其含量的的減少會直接影響土壤的硝化作用［40］。另外，以往研究已表明，氨氧化作用是硝化作用的第一步反應，也是整個過程的限速步驟，AOA-amoA和AOB-amoA是參與氨氧化過程的關鍵功能基因［35］。本文發(fā)現(xiàn)LD和HD均顯著降低了AOA amoA基因豐度（圖2），這也可能是由于底物NH+4-N的減少所致［40］。因此，牲畜的重度采食可能會通過減弱土壤的硝化作用來減少潛在土壤N2O排放。本論文也發(fā)現(xiàn)牲畜采食后高寒草甸反硝化潛勢DP、土壤DOC和nirS功能基因豐度與土壤N2O排放呈顯著正相關，是解釋不同采食強度下土壤潛在N2O排放的關鍵因子（圖4）。在重度放牧條件下，牲畜通過消耗植物地上組織，顯著減少了從植物凋落物到土壤的有機質轉移，導致土壤可利用碳源（如DOC，表2）的減少。DOC的降低直接限制了反硝化微生物的能量來源，這可能進一步抑制反硝化功能微生物（nirS降低）和土壤反硝化潛勢（DP），并最終導致土壤潛在N2O排放的降低［40］。而在輕度采食條件下，雖然植物地上生物量被部分移除，但是由于植物的“補償效應”，植物可能將光合產物主要部分轉移到根部，產生更多的根系分泌物，進而促進土壤微生物分泌C，N和P獲取酶來降解土壤有機物質以獲取養(yǎng)分［17］，并導致土壤DOC，NH+4-N和NO-3-N等和對照組沒有顯著差異（表2）。這可能是導致輕度采食對土壤潛在N2O排放沒有顯著影響的主要原因。

綜上所述，在重度放牧下，牲畜的采食行為可能會通過對硝化和反硝化過程的共同影響來降低高寒草甸土壤N2O的排放。然而，要確定硝化和反硝化過程中哪個因素起主導作用，還需進一步考慮土壤水分狀況。這是因為，在高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)中，土壤水分不僅對這兩個過程具有決定性的影響，而且其季節(jié)性變化顯著，這可能會在不同時間段內影響土壤N2O排放對牲畜采食的響應［41-42］。因此，未來的研究還需重點關注牲畜重度采食下土壤水分的季節(jié)變化如何調控硝化和反硝化過程，從而更全面地理解放牧活動對高寒草甸土壤氮排放的影響。

4" 結論

本論文通過模擬不同強度的牲畜采食行為發(fā)現(xiàn)：輕度采食對高寒草甸土壤潛在N2O排放沒有顯著影響；而重度采食會顯著降低土壤NH+4-N、NO-3-N、反硝化潛勢、nirS基因以及土壤礦化過程，進而降低青藏高原高寒草甸土壤潛在N2O排放。論文結果表明，牲畜采食可能通過同時抑制土壤的硝化和反硝化過程，降低高寒草甸的土壤N2O排放。本研究為評估放牧行為對高寒草甸土壤氮循環(huán)過程的影響提供了科學依據(jù)。

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（責任編輯" 劉婷婷）