草地（grassland）是我国生态系统中重要组成部分,是畜牧业的主要生产基地和国家重要的绿色生态屏障。草地生态系统在全球养分循环、涵养水源和生物多样性维持等方面具有重要的生态功能。然而,由于人类活动的加强和气候变化等原因,大面积草地出现不同程度的退化。草地退化（grassland degradation）导致生物多样性的降低、生态环境的恶化,同时也阻碍了畜牧业的可持续发展。土壤微生物（soil microorganisms）是草地生态系统的重要组成部分,在植物多样性维持、有机质分解和养分循环等方面发挥着重要作用。土壤微生物主要通过分泌各种土壤酶来驱动养分循环。土壤酶参与各种生物化学反应过程,在有机质的分解、物质循环、能量转化和环境质量评估等过程扮演重要角色。酶的化学计量特征能够反映微生物代谢与土壤养分需求间的生化平衡,是表征土壤微生物代谢养分限制的重要指标。目前,关于草地退化的研究主要集中在植物生产力、多样性和土壤养分等方面,而土壤微生物群落特征和养分限制及其影响因素的研究相对缺乏。此外,家畜放牧（livestock grazing）作为草地生态系统最主要的利用方式之一,主要通过采食、践踏和排泄物的方式,改变地上植物群落和地下生态过程,通过营养级间的相互作用,直接和间接影响土壤微生物群落。以往关于放牧对土壤微生物群落的影响多数集中在放牧强度和制度方面,而关于不同家畜种类和组合对退化草地土壤微生物的研究还十分薄弱。并且,放牧对退化草地土壤微生物群落及其养分限制（nutrient limitation）的作用规律及其调控机制尚不清楚。本研究在松嫩平原,选取不同退化程度（未退化、中度退化和重度退化）的草地为研究对象,采用了高通量测序技术和荧光酶标法,系统分析了土壤微生物群落组成、多样性、共现性网络特征、土壤酶活性和微生物群落养分限制沿着草地退化梯度的变化趋势,明确了土壤微生物群落结构及其养分限制的驱动因素。在此基础上,本研究在未退化草地和中度退化草地分别开展了无牧（no grazing）、羊单牧（cattle grazing）、牛单牧（sheep grazing）和牛羊混牧（mixed grazing of sheep and cattle）的放牧控制实验,检验放牧方式对土壤微生物群落组成、多样性、网络结构和养分限制的影响,探讨了土壤微生物群落多样性和养分限制对放牧的响应机制。本研究主要结果与结论如下:（1）土壤微生物群落多样性和结构在各退化阶段草地间存在显著差异,其多样性和结构主要受土壤盐度和p H主导。松嫩草地土壤细菌群落优势菌门为放线菌门（Actinobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）和酸杆菌门（Acidobacteria）,其相对丰度分别为31.70%-41.74%、19.96%-22.14%、9.00%-18.55%和5.13%-20.59%。土壤真菌群落主要以子囊菌门（Ascomycota）、未分类真菌门（unclassified＿k＿Fungi）、担子菌门（Basidiomycota）和结合菌门（Zygomycota）为主,其相对丰度分别为56.85%-75.89%、13.95%-33.11%、2.21%-12.62%和1.03%-5.52%。草地退化过程中,细菌和真菌群落优势菌门种类未发生改变,其相对丰度发生不同程度的变化。土壤细菌和真菌群落的α多样性沿着草地退化梯度响应规律不一致,细菌群落α多样性随着草地退化程度的加剧呈“单峰型”变化,真菌群落α多样性则呈现逐渐降低的趋势。草地退化导致土壤细菌和真菌群落结构明显改变,土壤盐度和p H是驱动微生物群落结构变化最重要的环境因子。此外,植被特征（植物群落多样性和地上植物部分氮含量）也是土壤真菌群落的主要驱动因素。草地退化不仅改变了微生物群落多样性和结构,而且也改变了微生物网络结构。草地退化提高了微生物物种之间的相互作用,随着退化程度的加剧,微生物网络正相互作用逐渐增加,这一结果支持梯度胁迫假说,即随着胁迫梯度的增加,种间互作逐渐变得以正相互作用为主,且胁迫越强,正相互作用越强。土壤真菌群落比细菌群落对草地退化梯度的响应更为敏感,因此土壤真菌群落组成、多样性和结构能够更好的指示草地退化程度。（2）通过研究不同退化阶段草地土壤酶活性及其变化规律发现,除L-亮氨酸氨基肽酶（L-leucine aminopeptidase,LAP）外,其余各土壤酶活性随着草地退化程度的加剧呈现一致的变化规律,均表现为中度退化草地＞未退化草地＞重度退化草地,表明中度退化促进土壤微生物活性,而重度退化抑制微生物活性。草地退化过程中,土壤酶的化学计量特征发生一定程度变化,重度退化显著降低酶的C:N,中度退化显著提高酶的C:P,而酶的N:P则表现为随着草地退化程度的加剧呈现逐渐升高的趋势。松嫩草地土壤微生物群落代谢受碳和磷的共同限制,土壤微生物碳限制沿着草地退化梯度呈单峰曲线变化,磷限制则呈现逐渐降低的趋势。微生物群落多样性为土壤酶活性和土壤微生物碳限制的关键调控因素,土壤性质为微生物磷限制的主控因子。（3）本研究开展为期3年（2017-2019）的短期放牧实验,探讨家畜放牧种类及组合对退化草地土壤微生物群落的影响。实验结果显示,家畜放牧显著影响土壤微生物数量、多样性和结构,且这种效应强烈依赖于草地的健康状况、放牧家畜种类及组合。在未退化草地,牛羊混合放牧提高细菌和真菌数量,而在中度退化草地,羊单牧和混合放牧显著降低细菌数量,对真菌数量无显著影响。放牧显著提高未退化草地微生物群落丰富度,而对中度退化草地土壤微生物群落丰富度无显著影响,无论在未退化草地还是在中度退化草地,牛单牧处理下土壤微生物群落多样性均维持较高水平。放牧显著改变土壤微生物群落结构,由于牛羊采食行为的差异,牛单牧对土壤微生物群落结构的影响大于羊单牧和混合放牧,该结果支持了动物体尺依赖假说（herbivore size-dependent hypothesis）,即草食动物对草地生态系统的影响取决于草食动物体型大小。未退化草地和中度退化草地不同放牧方式处理下土壤微生物丰富度和结构的主要调控因素存在差异,未退化草地不同放牧处理下土壤微生物丰富度和结构主要受土壤性质（p H、含水量、容重、总有机碳和总氮）的影响,而在中度退化草地不同放牧处理下土壤微生物丰富度和结构受土壤性质和植被特征（多样性和群落结构）的共同调控。放牧处理降低微生物群落网络稳定性,细菌群落共现性网络结构对放牧处理的响应比真菌群落更敏感。（4）放牧改变部分土壤酶活性,未退化草地和中度退化草地土壤酶活性对放牧的响应规律不一致。土壤酶的化学计量特征和微生物的养分限制受草地退化的影响,而不受放牧处理的影响。在所有土壤酶中,仅磷酸酶活性与土壤性质、植被特征和微生物群落特征呈现显著相关性,其余土壤酶活性均与环境因子无显著相关性。土壤酶的化学计量特征和微生物磷限制受土壤性质、植被特征和微生物群落特征的共同调控,而微生物碳限制仅与微生物数量密切相关。基于以上实验结果,本研究获得了土壤微生物群落多样性、结构及其养分限制沿着草地退化梯度的变化规律及其对家畜放牧响应的深入理解和认识。草地退化不仅改变了土壤微生物群落多样性、结构和养分限制,同时也改变了微生物群落共现性网络结构,共现性网络结构的变化也是微生物群落适应环境变化的一种策略。土壤盐度是驱动土壤微生物群落多样性和结构的关键因子。土壤真菌群落比细菌群落对草地退化梯度的响应更为敏感,因此土壤真菌群落能够更好的指示草地的健康状况或者恢复程度。本研究进一步通过在未退化草地和中度退化草地,放牧对土壤微生物群落作用的研究发现,家畜动物对土壤微生物群落的作用是复杂的,作用效果既依赖于放牧家畜种类及组合,同时受到草地健康状况的影响。家畜放牧对草地微生物群落的影响是采食、践踏和排泄作用对土壤性质和植被特征的综合效应,在特定阶段草地的家畜物种选择性放牧有助于土壤微生物群落多样性和功能的维持。从土壤微生物角度出发,牛羊混合放牧适合在松嫩平原未退化草地放牧,而牛单牧可能是松嫩平原中度退化草地的最佳放牧管理模式。本研究补充了对退化草地土壤微生物群落及其养分限制认识的不足,明确草地退化过程中微生物群落及其养分限制变化的主要调控因子,并从土壤微生物角度揭示松嫩草地退化机理,有助于为预测土壤微生物群落对环境变化的响应提供理论参考,也为退化草地恢复与重建以及指导草地生态系统土壤养分管理提供理论依据。本研究还表明对草地的管理,除了注重放牧强度和制度外,根据草地的健康状况区分放牧动物种类及组合的放牧方式也尤为重要。本研究为退化草地利用中恢复提供重要的见解,从而有效改善草地生态系统功能,并为实际草地适应性管理提供直接而坚实的科学基础。