青藏高原高寒草地面积约为146万平方千米，占我国陆地面积的15%，但近30年受气候变化与人为活动影响，草地面临沙化困境。土壤沙化通常导致养分保持能力降低，与健康草地相比，沙化草地铵态氮（NH4+-N），硝态氮（NO3?-N），微生物生物量碳（MBC）和微生物生物量氮（MBN）含量分别降低28.9%、83.7%、77.8%和89.6%，土壤pH值增加7.1%。先前的研究表明，乡土先锋物种杯腺柳的根系分泌物可以通过增加微生物生物量提升根际土壤有效碳和氮含量。然而，根系分泌物提升青藏高原沙化草地氮素含量的微生物学机制仍未被系统解析。
基于这一科学问题，结合前期研究成果，四川农业大学团队通过人工根系模拟实验，首次揭示棕榈酸提升沙化高寒草地土壤NH4+-N含量的微生物学机制，为高寒荒漠化草甸生态修复提供了科学依据。该成果近日发表于环境生态学领域权威期刊Journal of Environmental Management。
图文摘要，包括实验设计与核心发现 四川农业大学供图
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研究发现，双倍自然分泌速率的棕榈酸能显著提高土壤NH4?-N、溶解有机氮（DON）和MBN含量。 有效缓解植物高寒沙化地“氮饥饿”困局。而且，固氮微生物和功能基因丰度激增， 双倍速率棕榈酸显著提高固氮螺菌属及固氮基因的相对丰度，进一步相关性分析表明固氮螺菌属和固氮基因均与NH4+-N和DON浓度呈正相关，长链有机酸（棕榈酸）重塑微生物群落，Lefse分析表明82%的生物标志物与固氮过程相关性强。
结构方程模型（SEM）解释了73%的固氮基因丰度和92%的NH4+-N浓度，且土壤微生物特性比其化学性质对NH4+-N含量的影响更直接。 研究首次证实，在短期培养条件下棕榈酸主要通过降低土壤pH值，触发微生物“固氮开关”，提升土壤NH4+-N浓度。
该研究发现具有广阔的应用前景，可以定制植物“盟友”，修复沙化高寒草地。研究指明生态修复新路径：在根系分泌物成分分析基础上选择棕榈酸分泌速率高的先锋植物物种，结合固氮螺旋菌菌剂以优化土壤氮循环，将更有利于提高生物有效氮养分。
团队呼吁：“模仿自然智慧，采用乡土植物分泌物及其招募的微生物治愈土地，是可持续的沙漠化生态恢复有效解决方案。”
本研究得到国家自然科学基金、四川省科学技术厅、中国国家留学基金委资助。
相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2025.126349
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