人工草地苔蘚結(jié)皮生長增強(qiáng)了土壤細(xì)菌網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性對生態(tài)系統(tǒng)多功能性的影響

doi：10.11733/j.issn.1007-0435.2025.07.010

引用格式：，等.人工草地苔蘚結(jié)皮生長增強(qiáng)了土壤細(xì)菌網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性對生態(tài)系統(tǒng)多功能性的影響[J] 草地學(xué)報，2025，33（7）：2140—2149 MENG Xian-chao，WANG Gui-qiang，LI Hong-yan，et al.The Growthof MossCrust enhances the influence of Soil Bacterial Network ComplexityonEcosystemMultifunctionalityinArtificialGrasslandJ].ActaAgrestia Sinica，2025， 33（7）：2140—2149

關(guān)鍵詞：苔蘚結(jié)皮；生態(tài)系統(tǒng)多功能性；網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性；細(xì)菌多樣性中圖分類號：S812.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0435（2025）07-2140-10

The Growth of Moss Crust enhances the influence of Soil Bacterial Network Complexity on Ecosystem Multifunctionality in Artificial Grassland

MENG Xian-chao12， WANG Gui-qiang1.2，LI Hong-yan3，WANG Xian-ying4，QIN Jin-ping1，

WANG Qi-rui ^1，2 ，MA Zi-fengl2，LI Yi-kangl*，ZHOU Hua-kun1，SONG Ming-hua5，LIN Li⁶ ， SHI Jian-jun7

（1.KeyLabratoryofestoratioEcologofColdreaQinghaiProvince，NorthwesIsituteofPateauog，CA，inigingi

ProvinceooCina;2UiversityofieAadeofce，eio9，Cina3QighiIstituteofQualityndtaad，

Xining，QinghaiProviceOChna;4QinghaiServiceandGuaanceCenterofQilianMountainNatioalPark，XiningQingovince

81000，i;5stiteapiedtaluceachAea;6l

ResourcesCompreesieurvyaGologicalurigingiroveoCina;7ColAiculurdl bandry，QinghaiUniversity，Xining，Qinghai Province 81ool6，China）

Abstract：The effects of moss crust on soil microbes and ecosystem functions in the surface layer of artificial grasslands with different planting ages on the Qinghai-Xizang Plateau remains unclear.The role of moss crust succesion in shaping topsoil microbial communitiesand ecosystem multifunctionality（EMF）in these grasslands remained poorly understood.This study examined the changes of physicochemical properties，bacterial diversity，co-occurence network complexity，and EMF across moss crustdevelopment stages in the topsoil（O1cm ） during grassland restoration. A structural equation model （SEM） was employed to disentangle the interactions among these variables and quantify the influence of moss crust formation on bacterial communities and EMF.Results indicated that 18-year grasslands achieved 61.1% moss crust coverage， significantly exceeding values in 12-year ，3-year grasslands，and non-restored controls（ ?Plt;0.01） .Total and available nutrient concentrations in 12- and 18-year grassands surpassed those in degraded sites.Bacterial diversity and EMF increased significantly （ Plt;0.05） ，with bacterial community composition transitioning over restoration time.Partial least squares path modeling（PLS-PM） demonstrated that bacterial diversity （ ?Plt;0.05 ）and cooccurrence network complexity （ ΔPlt;0.01 ） exerted significant and highly significant positive effects on EMF， respectively.Moss crust primarily enhanced EMF by reinforcing bacterial network interactions. This study highlights the critical role of mosscrust in restoring ecosystem functions in artificial grasslands on the QinghaiXizang Plateau，offering insights for sustainable rehabilitation strategies by leveraging moss crust facilitation.

Key words：Moss crust;Multifunctionality;Network complexity ;Bacterial diversity

生物土壤結(jié)皮（Biological soilcrusts，BSCs）是由土壤微生物、藻類、地衣、苔蘚植物類群與土壤顆粒緊密結(jié)合共同形成的復(fù)合體[1]。苔蘚結(jié)皮是BSCs發(fā)育的高級階段，是由苔蘚及其濃密的假根粘結(jié)土壤顆粒而形成的一種地表覆蓋。苔蘚結(jié)皮在不同生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，特別是其生長覆蓋在土壤表面形成的一層致密生物層，連接起生態(tài)系統(tǒng)的生物和非生物部分[2]。研究表明，苔蘚結(jié)皮不僅對生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定至關(guān)重要[3，還可作為評價生態(tài)系統(tǒng)健康的一個重要指標(biāo)[4]

苔蘚結(jié)皮在生態(tài)恢復(fù)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，促進(jìn)不同年限人工草地及沙漠生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)進(jìn)程。以往的研究表明苔蘚結(jié)皮顯著增加建植年限長的人工草地中表層土壤速效養(yǎng)分以及建植年限短的人工草地中的全效養(yǎng)分含量[5-6]。以苔蘚為主的生物結(jié)皮能夠有效減少徑流和土壤侵蝕，保持土壤水分并調(diào)節(jié)降雨入滲，穩(wěn)定受擾動土壤，同時恢復(fù)表層養(yǎng)分含量和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性[8-9]。在沙漠生態(tài)系統(tǒng)50年長期恢復(fù)的研究表明，恢復(fù)過程中無論是藻-地衣結(jié)皮還是苔蘚結(jié)皮都有效的提高了表層土壤養(yǎng)分積累，改善了土壤狀況，有利于沙漠生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)育和養(yǎng)分循環(huán)[10]。在干旱區(qū)的生物結(jié)皮研究給出了植被重建過程中土壤屬性恢復(fù)所需時間[11]

土壤功能恢復(fù)的核心驅(qū)動力在于土壤微生物的作用，它們被視為是土壤調(diào)控的變局者[12]。土壤微生物群落在維持生態(tài)系統(tǒng)功能方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，它們參與了生態(tài)系統(tǒng)中養(yǎng)分循環(huán)、有機(jī)質(zhì)分解等多個關(guān)鍵過程，同時促進(jìn)了初級生產(chǎn)力的提升[12]。研究表明，BSCs的恢復(fù)改變了表層土壤的微生物數(shù)量和組成[9.13]。隨著BSCs的演替，細(xì)菌和真菌網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性增加，集群和連接更加緊密，微生物的相互作用效果隨著BSCs的發(fā)展而加強(qiáng)[14]。在內(nèi)蒙古的毛烏素沙地，與土壤真菌多樣性和微生物網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性相比，土壤細(xì)菌多樣性在修復(fù)過程中驅(qū)動土壤多功能性[15]。細(xì)菌能夠作為特定生態(tài)系統(tǒng)指標(biāo)，為評估土地價值提供本地化的參考依據(jù)，對于評價和調(diào)節(jié)草地的生態(tài)功能具有重要的參考意義[16]。高通量測序技術(shù)的發(fā)展，使得越來越多研究轉(zhuǎn)向土壤微生物多樣性及共線網(wǎng)絡(luò)對生態(tài)系統(tǒng)多功能的影響[17-19]網(wǎng)絡(luò)屬性，如邊，節(jié)點(diǎn)和平均路徑長度等已是評估網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性和穩(wěn)定性的常用指標(biāo)。此外，不同類型的微生物群落在生態(tài)系統(tǒng)功能方面發(fā)揮著不同的作用，凸顯了微生物群落功能多樣性的重要性[20]。這些研究結(jié)果解釋了土壤微生物的特性，不僅僅體現(xiàn)在分類群的多樣性上，還包括微生物之間的相互作用，在不同生態(tài)系統(tǒng)上強(qiáng)調(diào)共生網(wǎng)絡(luò)作為微生物多樣性組成部分的重要性，能更好的解釋土壤微生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)多功能的聯(lián)系[21-22]。

苔蘚結(jié)皮在生態(tài)恢復(fù)中的這些重要生態(tài)功能使人們更多關(guān)注其在生態(tài)恢復(fù)中的應(yīng)用和其對生態(tài)系統(tǒng)多功能性（Ecosystemmultifunctionality，EMF）的影響[13.23]，EMF被認(rèn)為是反映生態(tài)系統(tǒng)維持多種功能的關(guān)鍵指標(biāo)[24]。有研究發(fā)現(xiàn)在自然生態(tài)系統(tǒng)中，苔蘚結(jié)皮可以減輕荒漠生態(tài)系統(tǒng)中灌木死亡對土壤養(yǎng)分多功能性的負(fù)面影響[25]，苔蘚結(jié)皮增加了中亞溫帶荒漠土壤表層和亞表層土壤養(yǎng)分和土壤多功能性[26]。然而，現(xiàn)有研究多關(guān)注地上生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)多功能的正相關(guān)，多樣性也多集中在植物的物種豐富度上[27]，而生態(tài)系統(tǒng)中苔蘚結(jié)皮對EMF影響的研究則很少涉及，特別是在人工建植生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)過程中的作用仍缺乏研究。青藏高原重度退化草地“黑土灘”，主要是通過建植人工草地的方式進(jìn)行恢復(fù)，人工草地地處高海拔、高寒、低氧和強(qiáng)紫外的惡劣環(huán)境，生長季短，土壤養(yǎng)分含量低，在建植5年左右容易出現(xiàn)二次退化現(xiàn)象[28]?，F(xiàn)有研究表明，在不同建植年限的人工草地地表有苔蘚結(jié)皮生長，隨著恢復(fù)年限的增加，苔蘚結(jié)皮的蓋度顯著增加，極大地改變了人工草地地表特征，但尚缺少系統(tǒng)的研究[29]?；诖?，本研究以青藏高原不同恢復(fù)年限的人工草地作為研究對象，探究苔蘚結(jié)皮在人工草地恢復(fù)中對土壤理化性質(zhì)、土壤細(xì)菌及EMF的影響。期望明晰人工草地地表苔蘚結(jié)皮的恢復(fù)對表層土壤理化性質(zhì)及微生物類群有何影響？苔蘚結(jié)皮的恢復(fù)是如何影響EMF的？通過這些問題的研究，為苔蘚結(jié)皮在人工草地恢復(fù)中的利用提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于青海省果洛藏族自治州瑪沁縣境內(nèi)（34^°27^′56^′′N，100^°13^′56^′′E ，海拔 3740m， ，氣候類型為高原大陸性氣候。年平均溫度低于 2^°C ，最冷月1月平均氣溫為 -12.6^°C ，最熱月7月的平均氣溫為9.7^°C ，全年無絕對無霜期[30]。降水集中在5～9月，年降水量為 513～542mm ，年蒸發(fā)量為 1160mm 。牧草生長季156d，主要草地類型為高寒草甸。由于不合理的土地利用，全球氣候變化，過度放牧等諸多變化，草甸發(fā)生不同程度的退化，在部分地區(qū)形成嚴(yán)重退化草地\"黑土灘”。建植人工草地是目前恢復(fù)“黑土灘”的一項(xiàng)重要生態(tài)工程措施[31]。本研究選取人工草地是在“黑土灘\"型極度退化草地上建植3年（AP3）、12（AP12）和18年（AP18）的垂穗披堿草（ElymunutansGriseb.）單播人工草地，建植區(qū)域土層厚度在15cm 以下，坡度小于 25^° ，草種選擇的是適宜高寒草甸生長的鄉(xiāng)土草種垂穗披堿草，種子質(zhì)量要求達(dá)到GB6142規(guī)定的三級以上標(biāo)準(zhǔn)，在5月中下旬采取淺耕 $$ 輕耙 $$ 施肥 $$ 撒播（條播） $$ 覆土 $$ 鎮(zhèn)壓的播種方式種植，人工草地建植后，建植第1年的生長季和每年的返青期要求絕對禁牧，僅在冬季放牧，在建植人工草地期間未做施肥處理，保證人工草地受干擾因子保持一致，在建植7～12年間人工草地容易出現(xiàn)二次退化，因此在該時間段采取減輕草地的載蓄力和圍封禁牧措施防止人工草地出現(xiàn)二次退化現(xiàn)象，保證人工草地向天然草地方向恢復(fù)演替。人工草地建植初期主要以垂穗披堿草為主，恢復(fù)中出現(xiàn)了禾本科植物早熟禾（Poaannuacrymophila）和莎草科植物矮嵩草（Kobresia humilis）、小嵩草（Kobresia pygmaea），雜類草植物馬先蒿（Pedicularissyluatica）和四數(shù)獐牙菜（Swertiatetraptera）等，植被物種組成趨于多樣化，但總體上人工草地優(yōu)勢植物為垂穗披堿草。對照樣地“黑土灘\"型極度退化草地（CK），植被組成以細(xì)葉亞菊（Ajaniatenuifolia）西伯利亞蓼（Polygonumsibiricum）矮生忍冬（Loniceraminuta）為主（表1和圖1）。隨著人工草地恢復(fù)，地表形成了不同蓋度的苔蘚結(jié)皮。

1.2樣品采集及測定方法

2023年9月在青海省果洛州選定的人工草地采集樣品，隨機(jī)選擇未發(fā)生退化且建植3，12和18年的樣地，每個樣地面積為 10m×10m ，不同地塊之間的距離超過 50m 。同時選擇周圍未恢復(fù)的黑土灘作為對照樣地。在每個樣地，隨機(jī)選擇建立了3個 50cm×

50cm 樣方。在每個樣方內(nèi)，先分種調(diào)查植物的高度與蓋度，然后分種劉割裝進(jìn)信封中，用刀去除土壤結(jié)皮層，收集表層土壤樣品 （0～1cm） 。土壤樣品被分成兩部分，一份立即冷凍用于后續(xù)微生物分析，其余部分過2mm 篩，陰干，研磨，用于后續(xù)土壤理化性質(zhì)測定。土壤pH值采用電位法測定[32]。微生物生物量碳和微生物生物量氮采用氯仿熏蒸-硫酸鉀浸提，重鉻酸鉀滴定法和化學(xué)分析儀測定[33]。土壤全氮含量采用硫酸-催化劑消解法測定[34]。土壤硝態(tài)氮與銨態(tài)氮含量用連續(xù)流動分析儀測定[35]。全磷利用酸溶-鉬銻抗比色法測定[36]王壤有機(jī)碳含量采用重鉻酸鉀-濃硫酸外加熱法測定化[]。土壤水分含量通過計算 10g 土在 105^°C 下烘至恒重的重量差來確定。這些選定的土壤特性能有效地反映養(yǎng)分保留和利用、土壤肥力、微生物活性和生物地球化學(xué)循環(huán)等各種功能，可用于評估整體多功能性[38]。

土壤細(xì)菌委托上海美吉生物公司完成測序。為了擴(kuò)增16SrRNA基因，每個樣品包括3個技術(shù)重復(fù)。采用退化引物338F（ 5^′ -ACTCCTACGGGAG-GCAGCAG- ?3^′ ）， 806R（5^′ -GGACTACHVGGGT-WTCTAAT- ?3^′ ）獲得細(xì)菌16SrRNA基因 ΔV3～V4 高變區(qū)擴(kuò)增子。PCR產(chǎn)物使用AxyPrepDNA凝膠提取試劑盒（AxygenBiosciences，UnionCity，CA，USA）純化，并使用QuantiFluorTM-ST（Promega，USA）進(jìn)行定量。隨后，將所有PCR產(chǎn)物以等摩爾濃度混合。最后，由美吉生物公司在IlluminaMiSeq平臺（Illumina，SanDiego，USA）上進(jìn)行測序。

1.3土壤細(xì)菌共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與分析

本研究利用Cytoscape的插件CoNet構(gòu)建了不同草地恢復(fù)年限（3年、12年、18年）和對照樣地的土壤細(xì)菌共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，具體方法如下：構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)前，對原始OTU數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，篩選全部樣品中前 0.01% 的優(yōu)勢OUT物種[39]。采用自動閾值法選擇“Pearson correlation”“Spearman correlation”“Spermancorrelation”“BrayCurtisdissimilarity”及“Kullback-

Leiblerdissimilarity\"共4種方法獲得初始網(wǎng)絡(luò)；再通過隨機(jī)置換剔除無效邊實(shí)現(xiàn)優(yōu)化；最后計算引導(dǎo)分布，提供置信區(qū)間進(jìn)一步優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)以獲得最終網(wǎng)絡(luò)，原數(shù)據(jù)導(dǎo)人Gephi軟件進(jìn)行可視化，并計算其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵傩?。選取節(jié)點(diǎn)數(shù)目、連接數(shù)目、平均度、聚類系數(shù)、平均路徑長度、網(wǎng)絡(luò)直徑和圖密度表征網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性。網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性是通過多維尺度分析計算一個指數(shù)來表征土壤微生物網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性，用于探究其與EMF的關(guān)系。由于平均路徑長度和網(wǎng)絡(luò)直徑越大表示微生物網(wǎng)絡(luò)越稀疏，因此平均路徑長度與網(wǎng)絡(luò)直徑以倒數(shù)形式參與微生物網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性指數(shù)的計算[40]。

1.4 統(tǒng)計分析

使用Excel對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和匯總，對不同恢復(fù)年限土壤理化性質(zhì)、土壤微生物多樣性、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵傩约巴寥牢⑸锞W(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性、進(jìn)行單因素方差分析，使用LSD多重比較方法檢驗(yàn)不同年限各指標(biāo)間的顯著性差異。EMF評估采用了以前研究中廣泛采用的平均值法進(jìn)行分析[24.41-42]。從植被、土壤和微生物3個層面選擇指標(biāo)。土壤層面選擇土壤全氮（Totalnitro-gen，TN）、全碳（Total carbon，TC）、土壤有機(jī)碳（Soilorganic carbon，SOC）、全磷（Totalphosphorus，TP）、土壤微生物生物量碳（Microbial biomass carbon，MBC）土壤微生物生物量氮（Microbialbiomass nitro-gen，MBN）、土壤含水量（Soil water content，SWC）、硝態(tài)氮（Nitratenitrogen， NO₃^- -N）、銨態(tài)氮（Ammoniumnitrogen， NH₄⁺ -N）。植物層面選擇植物多樣性。微生物層面選擇細(xì)菌多樣性、共線網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度。苔蘚結(jié)皮指標(biāo)以樣方中的結(jié)皮蓋度來表示?；贠TU計算細(xì)菌的 a 多樣性指數(shù)，評估不同處理下群落內(nèi)物種的豐富度和多樣性?；贐ray-Curtis距離分析β多樣性以評估細(xì)菌群落組成，并使用非度量多維尺度（NMDS）進(jìn)行可視化。采用相似性分析（ANOSIM）來評估群落組成差異[43]。使用Spearman相關(guān)分析評估各種參數(shù)之間的關(guān)系，并通過熱圖進(jìn)行可視化。將土壤數(shù)據(jù)、微生物數(shù)據(jù)、植被數(shù)據(jù)和EMF性指數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，并進(jìn)行線性診斷，挑選之間存在顯著線性且不存在多重共線性關(guān)系的變量，用來構(gòu)建結(jié)構(gòu)方程模型。最后利用R語言的PLS-PM包構(gòu)建偏最小二乘通徑模型，探索土壤因子、土壤微生物多樣性、土壤微生物網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性、植物多樣性、苔蘚結(jié)皮和EMF之間的相互關(guān)聯(lián)[44]。通過擬合優(yōu)度（GoF）驗(yàn)證了其可靠性[45]。所有圖形均使用R語言和ORIGIN2024軟件繪制。

2結(jié)果

2.1土壤理化性質(zhì)變化特征

分析結(jié)果表明，人工草地對土壤中全效養(yǎng)分和速效養(yǎng)分的含量均有顯著影響 （Plt;0.05） 。隨建植年限延長，TN，TC，SWC和MBC顯著增加 （Plt;0.05） ，而TP先下降再增加，TP在AP3降低到最低，隨后增加。AP18的有機(jī)碳、全磷、全氮、全碳、土壤含水量和微生物生物量碳顯著高于其他建植年限的人工草地 （Plt; 0.05） 。AP12的MBN顯著高于其他建植年限的人工草地 （Plt;0.05） ?？傮w而言，土壤TN、TC、SWC和MBC隨著草地恢復(fù)而改善，AP18的水平高于未恢復(fù)的草地（表2）。苔蘚結(jié)皮與土壤中的 NH₄⁺-N，NO₃^-- N，MBC、MBN以及SWC之間呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系，且達(dá)到顯著水平 （Plt;0.05） ；與此同時，苔蘚結(jié)皮與pH呈負(fù)相關(guān)，然而這種負(fù)相關(guān)關(guān)系并不顯著（圖2）。

注：TN，TC，TC，TP，SOC，AP， NO₃^- -N， NH₄⁺ -N，SWC，MBC， MBN，MCC分別表示全氮、全鉀、全磷、土壤有機(jī)碳、速效磷、硝態(tài) 氮、銨態(tài)氮、含水量、土壤微生物碳、土壤微生物氮、苔蘚結(jié)皮蓋度。 ^***，Plt;0.001 **，Plt;0.01，*，Plt;0.05， 。下同

Note：TN，TC，TC，TP，SOC，AP， NO₃^- -N，NH4+-N，SWC，MBC， MBNand MCC represent total nitrogen，total carbon，total phospho rus，soil organic carbon，available phosphorus，nitrate nitrogen， ammonia nitrogen，soil moisture content，microbial biomass carbon， microbial biomass nitrogen，moss crust coverage.***， Plt;0.001 （20 ^** ， Plt;0.01 ， ， Plt;0.05 .The sameas below

2.2不同建植年限人工草地土壤細(xì)菌多樣性和共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的變化

所有樣本共獲得938868條優(yōu)化序列，平均序列長度 416bp 。細(xì)菌α多樣性分析顯示，物種多樣性未見顯著性變化，Chao指數(shù)在AP3和AP12中雖有所增加，但并不顯著（圖3a）。細(xì)菌β多樣性分析顯示，草地恢復(fù)顯著改變了土壤細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu) （Plt; 0.05）。具體來說，NMDS圖將微生物群落劃分為四個不同的集群（ Stress=0.052） ，利用Bray-curtis距離度量的ANOSIM測試對分組的樣本進(jìn)行組間相似性分析，結(jié)果表明分組有意義，細(xì)菌群落的組成在AP3，AP12，AP18和CK之間表現(xiàn)出極顯著差異 ?R=0.925 Plt;0.01 （圖3c）。草地恢復(fù)中的細(xì)菌群落主要由變形菌門（Proteobacteria）、放線菌門（Actinobacteriota）、酸桿菌門（Acidobacteriota）和綠彎菌門（Chloroflexi）門組成，而綠彎菌門在未恢復(fù)草地的群落中占更大比例（圖4）。草地恢復(fù)導(dǎo)致髖骨細(xì)菌門（Patescibacteria）相對豐度顯著增加、藍(lán)細(xì)菌門（Cyanobacteria）和硝化螺旋菌門（Nitrospirota）的相對豐度顯著減少（圖5a）。此外，相關(guān)性分析顯示，門水平上微生物群落相對豐度有顯著差異的單一類群的多樣性與生態(tài)系統(tǒng)多功能表現(xiàn)出顯著相關(guān)。EMF與髖骨細(xì)菌門的相對豐度之間存在顯著的正相關(guān)；與藍(lán)細(xì)菌門和硝化螺旋菌門的相對豐度之間存在顯著的負(fù)相關(guān)（圖5b）。

不同建植年限的土壤細(xì)菌共線網(wǎng)絡(luò)的研究表明，CK細(xì)菌共線網(wǎng)絡(luò)有184個節(jié)點(diǎn)和1706條邊、AP3有186個節(jié)點(diǎn)和1756條邊、AP12有185個節(jié)點(diǎn)和1786條邊，AP18有187個節(jié)點(diǎn)和1871條邊（圖6）。此外，還觀察到草地恢復(fù)增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的負(fù)向相關(guān)聯(lián)通。多維尺度分析計算的指數(shù)的結(jié)果表明，網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性隨建植年限的增長顯著增加（ .Plt;0.05） 。

2.3植物和細(xì)菌多樣性、苔蘚結(jié)皮、共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性與EMF的關(guān)系

苔蘚結(jié)皮蓋度和EMF隨人工草地的恢復(fù)年限增長而顯著增加，二者顯著正相關(guān)（圖6c-e， Plt; 0.01）。相關(guān)分析結(jié)果表明，植物多樣性與拓?fù)鋵傩灾械木W(wǎng)絡(luò)直徑倒數(shù)顯著正相關(guān)。細(xì)菌的多樣性和組成與拓?fù)鋵傩灾械钠骄龋骄窂介L度的倒數(shù)和點(diǎn)及邊顯著正相關(guān)。大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵傩匀邕叀Ⅻc(diǎn)、平均度等均與土壤性質(zhì)中全碳、全氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、土壤微生物生物量碳和土壤微生物生物量氮顯著正相關(guān)；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵傩灾谐司垲愊禂?shù)外均與EMF和苔蘚結(jié)皮蓋度顯著正相關(guān)（圖7a）。對植物多樣性指數(shù)間分別進(jìn)行線性回歸，結(jié)果表明植物的Shannon和Simpson指數(shù)高度相關(guān) ?Plt;0.01） ，且都與平均多功能性顯著正相關(guān)（ ?Plt;0.05） （圖7b）。

構(gòu)建的PLS-PM偏最小二乘通徑模型（擬合優(yōu)度指數(shù) GoF=0.58） 表明，植物多樣性、細(xì)菌多樣性和共線網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性對EMF有顯著 （Plt;0.05） 和極顯著 ?Plt;0.01） 影響，路徑系數(shù)分別為0.15、0.11和0.53；土壤因子對共線網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性有顯著影響（ Plt; 0.05），路徑系數(shù)為0.16；苔蘚結(jié)皮顯著影響細(xì)菌共線網(wǎng)絡(luò)，從而進(jìn)一步加強(qiáng)了其對EMF的影響（ Plt; 0.05）。進(jìn)一步分析各因素對EMF的總效應(yīng)，結(jié)果顯示網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性是影響EMF的主要因素，其次是植物多樣性，最后是細(xì)菌多樣性。

圖8苔蘚結(jié)皮對人工草地生態(tài)系統(tǒng)多功能性影響的偏最小二乘通徑模型

Fig.8Partial leastsquares pathmodelingoftheefectsofmoscrustonecosystemmultifunctionalityinartificialgrassland

注：黑色實(shí)線和白色實(shí)線箭頭分別表示具有統(tǒng)計學(xué)意義 ?Plt;0.05 ）的正向關(guān)系，虛線表示不顯著路徑;頭寬度與路徑顯著性水平的強(qiáng)度成正 比；模型的擬合優(yōu)度統(tǒng)計量（GoF）為 0.58 ^*Plt;0.05 ^**Plt;0.01

Note：The black solid arrows and white solid arrows represent statistically significant positive relationships （ ?Plt;0.05 ，while the dashed lines indicatenon-significantTeihofteoisproportioaltestregthftesigificancelevelofepat.egooessoffitisti （GoF）forthemodelis0.58.*Plt;0.05; ^**Plt;0.01

3討論

3.1對土壤理化性質(zhì)的影響

伴隨著人工草地的逐步演替，苔蘚等低等植物開始出現(xiàn)，隨建植年限的增加，苔蘚結(jié)皮的蓋度變大，如建植18年的人工草地中苔蘚結(jié)皮蓋度達(dá)到了61.1% 。本研究表明，苔蘚結(jié)皮的存在會顯著提高土壤養(yǎng)分含量，不同建植年限人工草地中土壤全效養(yǎng)分和速效養(yǎng)分都發(fā)生顯著變化，與張雪等的研究結(jié)果相似[46-47]。其中土壤有機(jī)碳含量差異最大，其次是微生物氮。這可能是因?yàn)殡S著建植年限的增長，植物多樣性增加，禾本科植物逐漸被固氮、易降解的植物取代，與此同時，BSCs也大量出現(xiàn)，促進(jìn)了土壤全氮及其他養(yǎng)分的積累[48]。苔蘚結(jié)皮對較長建植年限人工草地中對速效養(yǎng)分的積累也有顯著效果（ ?lt;0.05） ，該結(jié)果可能與苔蘚結(jié)皮下微生物變化有關(guān)。從土壤全效養(yǎng)分和速效養(yǎng)分與苔蘚結(jié)皮蓋度呈顯著正相關(guān)關(guān)系也可以看出苔蘚結(jié)皮對土壤養(yǎng)分恢復(fù)有十分積極的作用。

3.2苔蘚結(jié)皮、細(xì)菌多樣性和共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性與EMF的關(guān)系

建植人工草地是提高草地生產(chǎn)力和生態(tài)系統(tǒng)功能的有效方法，植物多樣性與EMF之間的正相關(guān)表明較高的物種多樣性支持較高的EMF，結(jié)果與之前的觀點(diǎn)相符，因?yàn)楦呶锓N豐富度可能提供各種功能來維持生態(tài)系統(tǒng)功能[49]。植物多樣性的各項(xiàng)指標(biāo)間存在多重共線性且均與EMF顯著相關(guān)，這表明多樣性指數(shù)的選擇并不會影響植物多樣性對EMF的作用，在旱地、草原和森林生態(tài)系統(tǒng)中也獲得了類似的發(fā)現(xiàn)[50-51]。苔蘚結(jié)皮與EMF之間顯著正相關(guān)，增強(qiáng)了共線網(wǎng)絡(luò)對EMF的影響。苔蘚結(jié)皮對EMF的提升作用具有多維機(jī)制，首先，隨著演替進(jìn)行，苔蘚、地衣等覆蓋下的微生物種類與數(shù)量逐漸增多，酶活性增強(qiáng)，土壤物質(zhì)循環(huán)能力變強(qiáng)[52]。其次，微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)中最活躍的一部分，在養(yǎng)分轉(zhuǎn)化過程中起很重要的作用，在微生物的作用下，有機(jī)質(zhì)或全效養(yǎng)分被轉(zhuǎn)化為速效養(yǎng)分有利于速效養(yǎng)分在土壤中積累。盡管土壤細(xì)菌多樣性與EMF之間沒有顯著相關(guān)，但王壤細(xì)菌組成與EMF之間顯著正相關(guān)，尤其是與土壤細(xì)菌門水平上具有顯著性差異的類群顯著相關(guān)。PLS-PM偏最小二乘通徑模型的總效應(yīng)分析和共線網(wǎng)絡(luò)圖的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)提供了進(jìn)一步的統(tǒng)計證據(jù)，表明細(xì)菌的組成和關(guān)鍵群對維持EMF至關(guān)重要，這與在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)上對作物生產(chǎn)和土壤功能上的研究結(jié)果一致[52]。

最后，隨著恢復(fù)時間增長，共線網(wǎng)絡(luò)的負(fù)相關(guān)增加，負(fù)相關(guān)可以穩(wěn)定群落隨干擾的波動，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性[53]。共線網(wǎng)絡(luò)在PLS-PM偏最小二乘通徑模型中顯示出比植物多樣性對EMF的更高解釋度肯定了EMF并不是通過物種單獨(dú)作用維持，而是由不同物種間的互作共同維持。綜上所述，我們的研究結(jié)果支持了隨著苔蘚結(jié)皮的蓋度增加，EMF增強(qiáng)的觀點(diǎn)。值得注意的是，土壤微生物多樣性和土壤微生物網(wǎng)絡(luò)對EMF的影響和調(diào)節(jié)取決于特定的氣候和環(huán)境條件[17.54-55]，所以在不同地點(diǎn)和生態(tài)系統(tǒng)及復(fù)雜性指標(biāo)選擇上貢獻(xiàn)程度可能不同。

4結(jié)論

通過對青藏高原恢復(fù)時間序列上不同苔蘚結(jié)皮蓋度下人工草地的研究，構(gòu)建了土壤屬性、植物多樣性、苔蘚結(jié)皮蓋度、細(xì)菌多樣性和共線網(wǎng)絡(luò)與EMF的PLS-PM偏最小二乘通徑模型。結(jié)果顯示，土壤細(xì)菌共線網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性對EMF的影響比植物多樣性和細(xì)菌多樣性更重要，解釋了更多的方差，而苔蘚結(jié)皮蓋度增強(qiáng)了共線網(wǎng)絡(luò)對EMF的影響。這表明苔蘚結(jié)皮蓋度隨人工草地恢復(fù)時間的延長而增大，促進(jìn)了土壤微生物之間共線網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定，使生態(tài)系統(tǒng)功能得到更好的恢復(fù)。該研究揭示了苔蘚結(jié)皮生長對人工草地生態(tài)系統(tǒng)多功能性提高具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 李新榮，張?jiān)?，趙允格．生物土壤結(jié)皮研究：進(jìn)展、前沿與展 望[J].地球科學(xué)進(jìn)展，2009，24（1）：11-24

[2] YANGXJ，WUFS，LIL，etal.Bibliometricanalysisof the statusand trend ofbiological soil crustsresearch from 1912 to2023[J]. Research in Cold and Arid Regions，2024，16（2）：98-108

[3] 張恒嘉.不同水分條件下苔蘚結(jié)皮對土壤碳轉(zhuǎn)化的影響[D]. 上海：上海師范大學(xué)，2024：1-2

[4] 蘇延桂，李新榮，賈榮亮，等．騰格里沙漠東南緣苔蘚結(jié)皮對荒 漠土壤種子庫的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2007，18（3）：504-508

[5] 孫華方，李希來，金立群，等.生物土壤結(jié)皮對黃河源區(qū)人工草地 植被與土壤理化性質(zhì)的影響[J].草地學(xué)報，2020，28（2）：509-520

[6] XIAOB，VESTE M.Moss-dominated biocrusts increase soil microbial abundance and communitydiversityand improve soil fertility insemi-arid climateson theLoessPlateau of China[J]. AppliedSoilEcology，2017，117-118：165-177

[7]JIAR，GAOY，LIUL，et al.Effect of sand burial on the subcritical water repellency of a dominant mosscrust in arevegetatedarea of theTenggerDesert，NorthernChina[J].Journal ofHydrologyandHydromechanics，2020，68（3）：279-284

[8]BAO T，ZHAO Y，GAO L，et al. Moss-dominated biocrusts improve the structural diversity ofunderlying soil microbial communitiesbyincreasing soil stabilityand fertilityintheLoessPlateau region of China[J]. European Journal of Soil Biology， 2019，95：103120

[9]CHIQUOINE L P，ABELLA S R，BOWKER M A. Rapidly restoring biological soil crusts and ecosystem functions in a severely disturbed desert ecosystem[J].Ecological Aplications，2016，26（4）：1260-1272

[10]HE M，HU R，JIA R.Biological soil crusts enhance the recovery of nutrient levels of surface dune soil inarid desert regions [J].Ecological Indicators，2019，106：105497

[11] LI XR，HE M Z，DUAN Z H，et al.Recovery of topsoil physicochemical properties in revegetated sites in the sand-burial eco systems of the Tengger Desert，northern China[J].Geomorphology，2007，88（3-4）：254-265

[12] COBAN O，DE DEYN G B，VAN DER PLOEG M. Soil microbiota as game-changers in restoration of degraded lands [J].Science，2022，375（6584）：abe0725

[13] VELASCO AYUSO S，GIRALDO SILVA A，NELSON C，et al.Microbial Nursery Production of High-Quality Biological Soil Crust Biomass for Restoration of Degraded Dryland Soils[J]. Applied and Environmental Microbiology，2017，83（3）：eO2179-16

[14] CHENG C，GAO M，ZHANG Y，et al. Effects of disturbance to moss biocrusts on soil nutrients，enzyme activities，and micro bial communities in degraded karst landscapes in southwest China[J].Soil BiologyandBiochemistry，2021，152：108065

[15] GONG X，JARVIE S，WEN J，et al. Compared with soil fungal diversity and microbial network complexity，soil bacterial diver sity drives soil multifunctionality during the restoration process [J]. Journalof Environmental Management，2O24，354：120379

[16]LIDDICOAT C，WEINSTEIN P，BISSETT A，et al. Can bacterial indicators of a grassy woodland restoration inform ecosystem assessment and microbiota-mediated human health？[J]. Environment International，2019，129：105-117

[17]YUAN M M，GUO X，WU L，et al. Climate warming enhances microbial network complexity and stability[J]. Nature Climate Change，2021，11（4）：343-348

[18] JIAO S，LU Y，WEI G. Soil multitrophic network complexity enhances the link between biodiversity and multifunctionality in agricultural systems[J].Global Change Biology，2022，28（1）：140-153

[19]CHEN W，WANG J，CHEN X，et al. Soil microbial network complexity predicts ecosystem function along elevation gradients onthe Tibetan Plateau[J]. SoilBiology and Biochemistry， 2022，172：108766

[20] ESCALAS A，HALE L，VOORDECKERS JW，et al. Micro bial functional diversity：From concepts to applications[J]. Ecology and Evolution，2019，9（20）：12000-12016

[21] ZHOU H，GAO Y，JIA X，et al. Network analysis reveals the strengthening of microbial interaction in biological soil crust developmentin theMu Us Sandy Land，northwestern China [J].Soil Biology and Biochemistry，2020，144：107782

[22]WAGG C，SCHLAEPPI K，BANERJEE S，et al. Fungalbacterial diversity and microbiome complexity predict ecosystemfunctioning[J].Nature Communications，2Ol9，1O（1）：4841

[23]DOUDLE S，WILLIAMSW，GALEAV. Improving rehabilitation outcomes using biocrusts[J]. Australasian Institute for Mining and Metallurgy，2011，8：85-97

[24]MANNINGP，VANDER PLASF，SOLIVERES S，et al. Redefining ecosystem multifunctionality[J].Nature Ecology amp; Evolution，2018，2（3）：427-436

[25] ZHANG Q，YIN B，ZHANG S，et al. Moss crusts mitigate the negative impacts of shrub mortality on the nutrient multifunctionality of desert soils[J]．Soil Science Society of America Journal，2024，88（1）：166-179

[26]HUANG Y JIE，LI Y GANG，ZHOU X BING，et al. Moss patch size as a factor profoundly influencing soil nutrient characteristics and multifunctionality of temperate desert in Central Asia[J].Ecological Indicators，2023，155：110975

[27]FANIN N，GUNDALEMJ，F(xiàn)ARRELL M，et al. Consistent effects of biodiversity loss on multifunctionality across contrasting ecosystems[J].Nature Ecologyamp; Evolution，2Ol7，2（2）： 269-278

[28]GAO X，DONG S，XU Y，et al. Resilience of revegetated grassland for restoring severely degraded alpine meadows is driven by plant and soil quality along recovery time：A case studyfromtheThree-riverHeadwaterAreaofQinghai-Tibetan Plateau[J].Agriculture，Ecosystemsamp;Environment，2019， 279：169-177

[29］李以康，歐陽經(jīng)政，林麗，等．高寒草甸植被退化過程中生物 土壤結(jié)皮演變特征[J].生態(tài)學(xué)雜志，2015，34（8）：2238-2244

[30］洪卓華，張海珍．1967—2017年青海果洛地區(qū)氣候變化及其 對天然牧草的影響[J]．中國農(nóng)學(xué)通報，2018，34（33）：122-128

[31]DONG S K，LI JP，LI XY，et al.Application of design theory for restoring the“black beach”degraded rangeland at the headwaterareas of theQinghai-TibetanPlateau[J].AfricanJournal of Agricultural Research，2010，5（25）：3542-3552

[32]邱巡巡，曹廣超，張卓，等.高寒農(nóng)田土壤有機(jī)碳和全氮密度垂直 分布特征及其與海拔的關(guān)系[J]．土壤通報，2022，53（3）：623-630

[33]DANG W，GAO C，ZHANG Q，et al. Screening of preprocessing method of biolog for soil microbial community Functional Diversity[J].Agricultural Science，2015，31（2）：153-158

[34］宋書會，張金堯，汪洪．連續(xù)流動分析儀與自動凱氏定氮儀測 定土壤全氮含量比較[J].中國土壤與肥料，2019（5）：207-212

[35］毛兵，曾悅，賴彩婷，等．減氮施肥對甘蔗生物量及土壤硝態(tài) 氮和銨態(tài)氮的影響[J].生態(tài)學(xué)雜志，2023，42（11）：2604-2612

[36］劉彤，毛亮，龐曉攀，等．青藏高原高寒草原區(qū)工程跡地面積 對其恢復(fù)過程中土壤水分和養(yǎng)分含量變化的影響[J].草業(yè)科 學(xué)，2017，34（11）：2175-2182

[37]KOMY ZR.A Comparative study of titrimetric and gravimetric methods for the determination of organic carbon in soils[J]. International Journal of Environmental Analytical Chemistry， 1995，60（1）：41-47

[38]DELGADO-BAQUERIZO M，MAESTREF T，REICHPB， et al.Microbial diversity drives multifunctionality in terrestrial ecosystems[J]. Nature Communications，2016，7（1）：10541

[39]FAUST K，RAES J. CoNet app： inference of biological association networks using Cytoscape[J].F100oResearch，2O16，5：1519 [An]Mo ClDVtheir fragility[J].Nature，2006，442（7100）：259-264

[41]JING X，PRAGERCM，CLASSENA T，etal.Variation in the methods leads to variation in the interpretation of biodiversity-ecosystem multifunctionality relationships[J].Journal of Plant Ecology，2020，13（4）：431-441

[42]BYRNESJEK，GAMFELDTL，ISBELLF，et al. Investigatingthe relationship between biodiversity and ecosystem multifunctionality：challenges and solutions[J].Methods in Ecology and Evolution，2014，5（2）：111-124

[43]MCARDLE B H，ANDERSON M J.Fitting multivariate models to community data：a comment on distance-based redundancy analysis.[J].Ecology，2001，82（1）：290-297

[44]DU Z，BAI H，LIU M，et al. Response of ecological stoichiometry and homeostasis characteristic to nitrogen addition in Hippophae rhamnoides L.[J].Science of the Total Environment， 2024，951：175591

[45]HAIRJF，RINGLEC M，SARSTEDT M.Partial least squares structural equation modeling：rigorous applications， BetterResults and Higher Acceptance[J].Long Range Planning，2013，46（1-2）：1-12

[46]孫華方，李希來，金立群，等．黃河源區(qū)人工草地植被群落和 土壤養(yǎng)分變化[J]．水土保持通報，2019，39（3）：25-30，38

[47］張雪，張春平，楊曉霞，等．草地和荒漠生態(tài)系統(tǒng)生物土壤結(jié)皮對 土壤養(yǎng)分及酶活性的影響[J].草地學(xué)報，2023，31（3）：632-640

[48]CHAMIZO S，CANTONY，MIRALLES I，etal. Biological soil crust development affects physicochemical characteristics of soil surface in semiarid ecosystems[J].Soil Biology and Biochemistry，2012，49：96-105

[49]GAMFELDT L，ROGER F.Revisiting the biodiversityecosystem multifunctionality relationship[J].Nature Ecology amp;Evolution，2017，1（7）：0168

[50]FANK，CHUH，ELDRIDGEDJ，et al.1 Title：Soil biodiver sity supports the delivery of multiple ecosystem 2 functions in urban greenspaces[J].Nature Ecology amp;Evolution，2023，1 （7）：113-126

[51]BAUMANNK，ECKHARDTKU，ACKSELA，et al.Contribution of biological soil crusts to soil organic matter composition and stability in temperate forests[J].Soil Biologyand Biochemistry，2021，160：108315

[52] ZHANG Q，WANG Q，OUYANG H，et al. Pyrosequencing reveals significant changes in microbial communities along the ecological succession of biological soil crusts in the tengger desert ofChina[J].Pedosphere，2018，28（2）：350-362

[53]FANK，DELGADO-BAQUERIZO M，GUO X，et al. Biodiversity of key-stone phylotypes determines crop production in a 4-decade fertilization experiment[J]. The ISME Jourmal，2021， 15（2）：550-561

[54]WU L，ZHANG Y，GUO X，et al. Reduction of microbial diversity in grassland soil is drivenby long-term climate warming[J].Nature Microbiology，2022，7（7）：1054-1062

[55］秦福雯，康瀕月，姜風(fēng)巖，等．生物結(jié)皮演替對高寒草原土壤 微生物群落的影響[J].草地學(xué)報，2019，27（4）：832-840

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