高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)在全球碳氮循環(huán)與平衡過(guò)程中具有十分重要的作用。然而，由于人類(lèi)活動(dòng)的加劇，高寒草甸正面臨嚴(yán)重的退化和破壞。草皮是一種寶貴而優(yōu)質(zhì)的生態(tài)恢復(fù)材料，因其具有優(yōu)良的土壤資源和豐富的種子庫(kù)，在生境惡劣且生長(zhǎng)周期短的高寒地區(qū)具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，雖然已有關(guān)注草皮移植恢復(fù)成效的研究，但普遍忽視了草皮儲(chǔ)存過(guò)程的重要性。由于土地占用等原因，剝離的草皮往往無(wú)法及時(shí)進(jìn)行移植回鋪，進(jìn)而需要儲(chǔ)存一段時(shí)間。因此，草皮中植物、土壤和微生物等性質(zhì)隨儲(chǔ)存過(guò)程的變化將決定草皮移植恢復(fù)是否成功。
基于此，成都生物研究所植物功能生態(tài)與重大工程區(qū)鄉(xiāng)土植被恢復(fù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，在四川省康定市新都橋鎮(zhèn)開(kāi)展了草皮儲(chǔ)存試驗(yàn)，使用堆疊儲(chǔ)存和平鋪儲(chǔ)存兩種常見(jiàn)方法儲(chǔ)存剝離的草皮，以自然完整的草甸作為對(duì)照（圖1），探究了草皮儲(chǔ)存對(duì)微生物碳、氮利用效率的影響，通過(guò)結(jié)合植物生物量、土壤和微生物特征，分析微生物資源利用效率對(duì)草皮儲(chǔ)存的響應(yīng)及其潛在影響機(jī)制。
結(jié)果表明，草皮儲(chǔ)存顯著降低了植物生物量、凋落物量和土壤pH，但增加了土壤養(yǎng)分水平。酶向量模型表明草皮儲(chǔ)存導(dǎo)致微生物養(yǎng)分限制從氮向磷轉(zhuǎn)變，并且堆疊草皮中碳限制高于平鋪草皮。與自然草甸相比，草皮儲(chǔ)存顯著降低了微生物氮利用效率，但平鋪草皮中微生物碳利用效率高于堆疊草皮。研究發(fā)現(xiàn)，微生物碳、氮利用效率直接受到養(yǎng)分失衡與酶化學(xué)計(jì)量的調(diào)控。本研究首次探究了草皮儲(chǔ)存過(guò)程中微生物養(yǎng)分限制和資源利用效率的變化，通過(guò)比較兩種儲(chǔ)存方法，加深了對(duì)草皮儲(chǔ)存的認(rèn)識(shí)。這對(duì)于確定草皮的“保質(zhì)期”、提升草皮恢復(fù)成效具有重要理論和實(shí)踐價(jià)值。
相關(guān)成果以Stockpiling turf alters microbial carbon and nitrogen use efficiency on the Tibetan Plateau為題發(fā)表在Science of the Total Environment上。本研究由博士研究生黃龍、研究員包維楷、青年研究員李芳蘭等人共同完成，受?chē)?guó)家自然科學(xué)基金（No. 32271654）、中國(guó)鐵路科技項(xiàng)目（2022KY07）和四川自然科學(xué)基金等聯(lián)合資助（2024NSFSC0010）。
圖1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與調(diào)查取樣示意圖
圖2 總生物量（A）、地上生物量（B）、地下生物量（C）、凋落物（D）、地上生物量與地下生物量之比（E）和雜草生物量與禾草生物量之比（F）在不同儲(chǔ)存方法下的變化。CT，自然草甸；LT，平鋪儲(chǔ)存；ST，堆疊儲(chǔ)存。
圖3 土壤養(yǎng)分狀況（A）和失衡（B-D）在不同儲(chǔ)存方法下的變化。CT，自然草甸；LT，平鋪儲(chǔ)存；ST，堆疊儲(chǔ)存；1，2，3和4表示儲(chǔ)存深度為0-10 cm，10-20 cm，20-30 cm和30-40 cm。
圖4 微生物資源限制（A-D）、微生物碳利用效率（E）和微生物氮利用效率（F）在不同儲(chǔ)存方法下的變化。CT，自然草甸；LT，平鋪儲(chǔ)存；ST，堆疊儲(chǔ)存；1，2，3和4表示儲(chǔ)存深度為0-10 cm，10-20 cm，20-30 cm和30-40 cm。
圖5 相關(guān)分析（A-B）與隨機(jī)森林分析（C-D）。
圖6 結(jié)構(gòu)方程模型評(píng)估了對(duì)微生物碳利用效率（A）和微生物氮利用效率（B）的直接與間接效應(yīng)。
圖文摘要
注：箭頭大小表示變量的變化程度。