草地是世界上分布最广的陆地生态系统之一，呈现出独特的生态系统养分循环模式。人类活动增加的草地生态系统氮磷输入改变了其土壤理化和生物属性，然而，外源氮磷增加对草地土壤微生物生物量和群落结构的改变尚不十分明朗。基于此，为了评估氮磷添加如何影响土壤理化和微生物属性，并探索在不同草地生态系统中这些属性响应氮磷添加的机制，本研究基于中国青藏高原高寒草甸（海北）、内蒙古温带草甸（海拉尔）和温带草原（毛登）这三个典型草地生态系统长期养分添加实验平台（图1），于2015年夏天对这三个平台的氮磷添加样地进行了采样，测定其土壤属性（pH, SOC, TN, TP），微生物生物量碳，基于磷脂脂肪酸（PLFA）的微生物组成（细菌，真菌，放线菌，丛枝菌根真菌）以及参与土壤碳氮磷循环的胞外酶活性。
图1. 三个草地分布图
我们发现氮添加降低了土壤pH并在海北和海拉尔增加了土壤总氮；磷添加在三个草地都增加了土壤总磷的含量；但是长期的氮磷添加并没有改变土壤有机碳含量（图2）。此外，参与土壤碳氮磷循环的胞外酶活性并不受到长期养分添加的影响，其活性并没有发生显著性改变（图3）。
总体而言，微生物丰度和酶活性对养分添加的响应不显著，但在三个草地生态系统之间的差异显著（图4）。最重要的是，我们发现不同的微生物对草地生态系统氮磷养分添加的响应是不一致的。细菌以及总微生物丰度不受到外源养分添加的影响，而真菌和丛枝菌根真菌的丰度却受到氮添加的抑制。为了探究养分添加如何通过改变土壤属性从而改变真菌和丛枝菌根真菌的丰度，我们在不同的地点都构建了结构方程模型，结果发现，在两个草甸（海北和海拉尔），氮添加使得土壤酸化以及增加土壤总氮含量对真菌和丛枝菌根真菌的丰度产生负效应，而这种作用在温带草原（毛登）则要弱得多。尽管磷添加在三个草原都增加了土壤总磷的含量，但总磷增加对真菌和从真菌跟真菌的影响只在高寒草甸（海北）显著（图5）。
图4. 磷脂脂肪酸以及胞外酶活性的主成分分析
图5. 不同草地生态系统养分添加对真菌和丛枝菌根真菌影响的结构方程模型
本研究基于四年的养分施肥实验，在三个不同的草地生态系统，发现了氮磷添加对土壤属性、微生物丰度和胞外酶活性的影响都较小，但是土壤细菌和真菌在外源氮磷输入的情况下有不同的响应和机制。结果为理解全球氮磷沉降背景下的草地土壤微生物群落动态提供了参考数据。本研究于2019年8月4日以“Minor responses of soil microbial biomass, community structure andenzyme activities to nitrogen and phosphorus addition in three grassland ecosystems”为题被Plant and Soil杂志接收（DOI : 10.1007/s11104-019-04250-3；论文链接：http://link.springer.com/article/10.1007/s11104-019-04250-3）。北京大学地下生态学研究组朱彪研究员为论文通讯作者，2015级博士生陈笑为论文第一作者，其他合作者还包括内蒙古大学的马文红博士和郝百惠博士生，北京大学/兰州大学的贺金生教授，以及北京大学/University of Vermont的井新博士。本研究受到国家自然科学基金（31622013，31621091，31630009和31370454）的资助。