不同养分添加对黄河源区退化高寒湿地土壤微生物碳源利用的影响

段鹏，韦鎔宜，王芳萍，姚步青，赵之重，3*，胡碧霞，宋词，杨萍，王婷

（1.青海大学，青海 西宁 810016；2.中国科学院西北高原生物研究所，青海 西宁 810008；3.青海理工大学生态与环境科学学院，青海 西宁 810016；4.中国科学院大学，北京 100049）

青藏高原高寒湿地作为国内面积最大的区域性沼泽湿地［1］，虽然具有水量调控、气候调控和净化环境等重要作用［2］，还具有极强的固碳释氧能力［3-5］，但也具有多变且脆弱等特点［6］。近年来，由于自然因素和人为因素的干扰，导致高寒湿地结构发生紊乱、功能减弱［7］、固碳能力下降［8-10］、退化加剧［11］，其退化主要表现为植物群落退化［12-13］、土壤养分减少［14-15］、微生物群落改变等。土壤微生物是湿地土壤活体的重要组成部分［16-17］，对土壤养分固持和促进植被生长具有重要影响［18-19］，是湿地生态系统演替过程中不可或缺的重要驱动因子［20-22］。微生物对碳源的利用能力作为土壤质量和土壤肥力变化的重要指标，其不仅可以反映微生物群落的活性，还可以反映湿地土壤生态系统的稳定性［23］，是表征土壤质量和健康状况的敏感指标［24-26］。湿地土壤微生物碳源利用能力受到植被群落及土壤养分变化影响，同时土壤微生物群落变化也影响植被与土壤养分变化［27-28］，并与植被和土壤构成相互作用的反馈体系。因此土壤微生物碳源利用能力可作为退化湿地修复研究中的重要评判指标。养分添加作为生态修复的重要措施，对于提升土壤肥力影响土壤质量演化和微生物群落变化具有重要作用，不同种类的养分添加对于土壤养分和微生物的影响不同［29］。但目前有关养分添加如何影响青藏高原退化湿地土壤微生物碳源利用仍不清楚。

目前退化湿地修复主要以自然恢复为主，结合适度人工措施辅助［30］。适宜的养分添加以增加高寒湿地退化过程中减少的土壤养分为着手，不仅可以提高土壤养分含量促进植被生长，依据底物偏好理论养分添加还可以影响微生物群落变化与碳源利用能力，因此养分添加对土壤微生物影响受到极大关注［31-32］。以往研究表明，养分添加的种类对微生物群落活性和碳源利用能力有极大影响［33］，刘莲莲等［34］研究发现施用有机肥和无机肥均会提升麦田土壤微生物碳源利用能力，He 等［35］研究发现有机肥和无机肥添加均会提高农田土壤微生物碳源代谢能力，并且有机肥添加较无机肥添加提升更高，戴辉等［36］研究发现氮添加可以提高微生物碳利用效率，而费裕翀等［37］研究发现施用氮肥会降低土壤微生物碳源利用，有机肥可以提高土壤微生物碳源利用。部分湿地和农田的研究也发现有机肥添加一般都能促进微生物群落的活性与碳源利用能力，而无机肥料效果较差［38-39］。而吴松芹等［40］在滨海湿地研究发现氮添加可以提升湿地土壤碳源利用能力。综上所述，目前有关养分添加对土壤微生物碳源利用的影响的研究因研究生态系统和肥料种类的差异而结论不一，而黄河源区作为三江源之一，位于青藏高原腹地，其湿地资源健康受损［41］，对当地的生态环境和经济收入产生严重影响［42］，但由于青藏高原自然条件较差等问题，导致对青藏高原高寒湿地的恢复研究进展相对缓慢，高寒湿地生态系统中养分添加对土壤微生物碳源利用的研究较为匮乏，导致不同养分添加对退化高寒湿地土壤微生物碳源利用影响在很大程度上仍然认识不清。

因此，为探究不同养分添加对黄河源退化高寒湿地土壤微生物碳源利用能力的影响，本研究以黄河源区退化高寒湿地为研究对象，采用空间代替时间的方法，在高寒湿地不同退化阶段设置不同养分添加试验。分析其土壤微生物碳源利用、植被群落以及土壤理化指标变化特征，并通过对各环境因子与土壤微生物碳源利用特征进行结构方程模型构建，以期揭示不同养分添加对土壤微生物碳源利用的影响，从而为调控退化高寒湿地微生物碳源利用与土壤质量提升提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区自然概况

试验区地处玛多县三江源国家公园保护区（33°50´-35°40´ N，96°55´-99°20´ E），试验区总面积为600 hm2，平均海拔4500 m，试验区内含有由湖泊湿地和零星水域组成的湿地核心区，核心区域的零星水域在雨季能得到部分水源补充。从湿地核心区向外延伸发现干涸的分支河道和零星干涸小湖泊的痕迹并伴随着土壤干旱和盐渍化，并且有一条河流自北向南流过试验区，试验区详细概况介绍见文献［43］。

1.2 样点布设及采样概况

2018 年5 月，在实验区内，采用空间代替时间的方法，参考马维伟等［44］和李建玮［45］对高寒湿地退化过程中的植被特征变化研究，根据水分梯度和植被群落变化特征，以核心区的湖泊湿地为中心向外围出发，垂直距离核心区湿地由近及远，设置3 条重复样线。从湿地核心区向外围延展将退化高寒湿地划分为湿地（湿地，UD）、轻度退化湿地（沼泽化草甸，LD）、中度退化湿地（退化草甸，MD）、重度退化湿地（退化草原，SD）。参考高寒湿地和高寒草地施肥研究［11，46-48］，在各退化阶段的湿地设置试验区。试验区包含对照（CK）、氮添加（N，0.013 kg·m-2）、磷添加（P，0.075 kg·m-2）和混施有机掺混肥添加（S，有机肥 0.150 kg·m-2+掺混肥 0.022 kg·m-2）4 个处理。其中，氮肥为南京丰喜牌尿素（总氮≥46%）；磷肥为文峰塔牌过磷酸钙（有效磷≥12%）；有机肥为山东列化成有机肥料（有机质≥45%）；掺混肥为山东茂施牌掺混肥料（控释氮≥18%），施肥处理均以撒播进行，在2018 年5 月进行一次施肥处理，每个处理3 次重复。

2018 年8 月，对所划分的各试验小区进行采样，在每个试验小区随机选择0.5 m×0.5 m 样方框，进行植被群落采样。采用网格法估算框内植被盖度后将地上部分齐地面剪下，带回实验室烘干（65 ℃，48 h），计算地上生物量。使用根钻采集0～10 cm 土层的植被根系，去除杂草、泥土和碎石等，清洗烘干（65 ℃，48 h），计算地下生物量。在每个试验小区内使用土钻（直径5 cm）钻取0～10 cm 土层的土壤，采用多点混合法采取土样，去除植被根系和碎石，进行土壤理化性质和土壤微生物功能多样性测定，具体方法如下：采用重铬酸钾-内稀释热法测定土壤有机碳含量，采用流动分析仪（SEAL AutoAnalys-er3，德国）测定土壤全氮和全磷含量［49］，采用pH 计测定土壤pH［50］，采用 TopCloud-agri WET 速测仪测定土壤含水量（体积含水量）。采用 Biolog-Eco 微平板法测定土壤微生物功能多样性，将10 g 土样与90 mL 的0.85%灭菌NaCl 溶液混合震荡静置，并吸取上清液10 mL 再稀释100倍，得到所需的土壤悬浊液，无菌条件下吸取150 μL 实验所得的土壤悬浮液接种到 Biolog-Eco 板中，25 ℃恒温培养240 h，每24 h 使用酶标仪在590 nm 条件下测定Biolog-Eco 板各孔吸光值［49］。

1.3 数据处理

本研究中植被、土壤和微生物对照组数据来源于段鹏等［49］。

土壤微生物平均颜色变化率（average well color development，AWCD）［51］：AWCD=[∑(C-R)]÷N式中：C为每个有培养基孔的吸光值，R为对照孔的吸光值，N为培养基孔数。

微生物碳源相对利用率：各类碳源AWCD 之和/全部碳源利用的AWCD 之和×100%，Biolog-Eco 生态板中共有31 种碳源。

基本数据采用 Excel 进行分析并成图，数据以平均值±标准误的方式表示，运用SPSS（IBM SPSS Statistics 26）进行单因素方差分析（One-way ANOVA）［43］和Pearson 相关性分析。以下所有数据分析及成图均在 R 4.2.2（R Development Core Team，2022）中进行，使用R 4.2.2 软件对各环境因子进行双因素方差分析，使用random Forest 包进行各环境因子对土壤微生物总碳源利用变化的相对重要性大小排序以及土壤微生物各类碳源利用能力对土壤微生物总碳源利用变化的相对重要性大小排序，使用glmm.hp 包进行退化和施肥对土壤微生物碳源利用变化影响的相对重要性大小排序，使用link ET 包进行各环境因子与土壤微生物碳源利用情况的Mantel 检验，使用 piecewise SEM 包构建模型进行不同养分添加对土壤微生物碳源利用的影响研究。

2 结果与分析

2.1 不同养分添加下退化湿地植被及土壤特征

不同养分添加下退化高寒湿地植被、土壤和微生物状况的双因素方差分析数据见表1，湿地退化显著影响植被盖度、地下生物量、土壤全氮和全磷含量以及AWCD；养分添加显著影响植被地下生物量、土壤含水量、pH 和AWCD；湿地退化和养分添加的交互作用显著影响植被地下生物量和土壤含水量。

表1 植被、土壤和微生物状况的双因素方差分析（F 值）Table 1 Two-factor ANOVA analysis of vegetation，soil and microbial status（F value）

不同养分添加下退化高寒湿地植被群落基础数据见表2，随着高寒湿地退化程度加剧，植被盖度、地上生物量和地下生物量显著下降（P<0.05），各退化阶段的氮添加区的植被盖度均高于对照区，轻度退化湿地的有机掺混肥添加区盖度最高（98.10%±0.66%）；各退化阶段的氮肥添加区和有机掺混肥添加区的植被地上生物量均高于对照区，其中，以轻度退化湿地的氮肥添加区最高［（174.60±2.20）g·m-2］；除轻度退化湿地外，各退化阶段的氮添加区和有机掺混肥添加区的植被地下生物量均高于对照区，其中，以中度退化湿地的有机掺混肥添加区最高［（166.48±0.68）g·m-2］。整体看，氮添加和有机掺混肥添加均会使退化湿地的植被盖度、地上生物量显著提高（P<0.05）。

表2 2018 年退化高寒湿地不同养分添加下植被群落特征Table 2 Characteristics of vegetation community in degraded alpine wetland with different nutrients in 2018

不同养分添加下退化高寒湿地土壤理化性质数据见表3，随着湿地退化程度的加剧，土壤全氮、全磷、有机碳和含水量呈下降趋势，土壤pH 呈上升趋势，并具有显著性差异（P<0.05），各退化阶段的磷添加区土壤全氮含量均高于对照区，其中，以轻度退化湿地磷添加区最高，为（1.91±0.24）g·kg-1；轻度和重度退化湿地的3 种养分添加区的土壤全磷含量均高于对照区，但没有显著差异；养分添加对退化湿地土壤有机碳含量的变化没有显著影响；除重度退化湿地外，各退化阶段的养分添加区的土壤含水量显著低于空白对照（P<0.05），其中，以中度退化湿地磷添加区土壤含水量最低，为（0.27±0.01）m³·m-3。各退化阶段的有机掺混肥添加区的土壤pH 均低于对照区，其中，以中度退化湿地有机掺混肥添加区的土壤pH 最低（8.39±0.03）。整体看，施用有机掺混肥不仅能提升退化湿地的土壤全磷含量还可以降低其土壤盐碱性。

2.2 不同养分添加下退化湿地土壤微生物群落碳源利用总体特征

土壤微生物群落AWCD 不仅可以反映土壤微生物群落的活性，还可以反映土壤微生物碳源利用总体特征以及对单一碳源的利用能力［52-53］，土壤AWCD 会随培养时间的延续而变化。如图1 所示，不同养分添加下退化高寒湿地土壤各退化阶段土壤微生物群落的AWCD 随培养时间的增加而升高，其变化过程为：0～24 h 各点的AWCD 值无明显变化，24～144 h 各点的AWCD 迅速增长，表明该培养时间段土壤微生物代谢功能最为活跃，168 h 后各点的AWCD 值增长逐渐缓慢趋于平稳。

图1 土壤微生物群落AWCD 随时间的动态变化Fig.1 AWCD dynamics over incubation time

为了研究不同养分添加对退化高寒湿地微生物碳源利用总体特征的影响，本研究选取了在168 h 培养时间下趋于稳定的AWCD 进行分析。如图2 所示，随着高寒湿地退化，微生物群落的AWCD 呈下降趋势，不同养分添加对高寒湿地各退化阶段的土壤微生物碳源利用总特征影响是不同的，其中，轻度退化湿地不同养分添加下的土壤微生物AWCD 均低于对照；中度退化湿地进行氮添加的土壤微生物AWCD 显著高于对照（P<0.05）；重度退化湿地进行磷肥添加下的土壤微生物AWCD 高于对照，但无显著性差异。

图2 退化高寒湿地不同养分添加下土壤微生物AWCDFig.2 Soil microbial AWCD in different degradation stages of alpine wetlands under different human disturbances

2.3 不同养分添加下退化湿地土壤微生物对各类碳源利用特征

为了比较不同养分添加对于退化高寒湿地微生物对碳源利用能力的影响，本研究将Biolog-Eco 板中共有的31 种碳源分为单糖/糖苷/聚合物类、醇类、氨基酸类、酯类、胺类和酸类等六大类，通过不同养分添加下微生物对六大类碳源利用的能力进行对比分析。不同养分添加下退化湿地土壤微生物对酯类、氨基酸类和醇类碳源的利用能力较强，其中土壤微生物对酯类碳源利用能力基本高于其他类碳源，酯类碳源为优势碳源（表4）。不同养分添加影响微生物群落对各类碳源的利用程度，有机掺混肥添加会增加轻度和中度退化湿地土壤微生物对酯类碳源的利用占比，随着湿地退化的加剧，其对酯类碳源的利用占比增长的影响逐渐减小，微生物对酯类碳源的利用占比从轻度退化湿地较CK 提升了37.13%到中度退化湿地较CK 提升了14.00%。氮添加会增加各退化阶段高寒湿地土壤微生物对醇类碳源的利用占比，随着湿地退化的加剧，其对醇类碳源的利用占比增长的影响逐渐增大。微生物对醇类碳源的利用占比从轻度退化湿地较CK 提升了6.54%，到重度退化湿地较CK 提升了46.97%。氮添加还会降低退化湿地土壤微生物酸类碳源的利用占比，尤其在退化后期的重度退化阶段最为明显，土壤微生物酸类碳源的利用占比较CK 降低了33.05%，重度退化湿地氮添加下土壤微生物对酸类碳源利用占比与轻度退化湿地CK 的酸类碳源利用占比相近。

表4 退化高寒湿地不同养分添加下土壤微生物对各类碳源的利用情况Table 4 Utilization of various carbon sources by soil microorganisms in different degradation stages of alpine wetlands

2.4 不同养分添加下土壤微生物对碳源利用与环境因子之间的Mantel 分析

为进一步探究不同养分添加下，影响退化高寒湿地土壤微生物六大类碳源利用能力变化的环境因素，本研究采用Mantel 检验方法，对不同养分添加下退化湿地土壤微生物不同种类碳源利用的能力以及相应的环境因子进行影响因子分析（图3）。Mantel 检验中的微生物碳源利用数据是由微生物对各类碳源的利用能力共同组成。不同养分添加下影响土壤微生物六大碳源利用情况的环境因子也是不同的，在没有养分添加情况下，退化湿地土壤微生物六大碳源利用能力变化受土壤全氮含量（r=0.602，P=0.001）、pH（r=0.273，P=0.03）、土壤含水量（r=0.745，P=0.001）、植被盖度（r=0.642，P=0.001）和植被地下生物量（r=0.574，P=0.001）的显著影响，并且与土壤全氮含量、土壤含水量、植被盖度和植被地下生物量呈极显著正相关（P<0.01）；在氮添加情况下，退化湿地的土壤微生物六大碳源利用能力变化受土壤全磷含量的显著影响（r=0.427，P=0.037），其中土壤全磷含量与土壤含水量、植被盖度和植被地下生物量显著相关（P<0.05）；在磷添加情况下，退化湿地的土壤微生物六大碳源利用变化受植被盖度的显著影响（r=0.341，P=0.032），其中植被盖度和植被地上和地下生物量显著相关（P<0.05）；在有机掺混肥添加情况下，退化湿地的土壤微生物六大碳源利用变化受土壤全氮含量（r=0.311，P=0.05）、土壤全磷含量（r=0.623，P=0.001）、土壤含水量（r=0.563，P=0.006）、植被盖度（r=0.590，P=0.01）和植被地上生物量（r=0.759，P=0.002）的显著影响，并且与土壤全氮含量、植被盖度和植被地上生物量呈显著正相关（P<0.05）。通过上述分析可知，植被盖度、植被地上生物量、植被地下生物量和土壤含水量直接或间接地对退化湿地土壤微生物碳源利用能力产生影响。其中植被盖度、植被地上生物量和植被地下生物量存在显著相关性（P<0.05）。

2.5 不同养分添加下影响退化湿地土壤微生物碳源利用总特征变化的关键微生物碳源利用因子

为探究养分添加下，退化高寒湿地土壤微生物对各类碳源的利用能力与土壤微生物碳源利用总特征的关系，本研究对土壤微生物利用各类碳源的能力进行了随机森林分析，如图4 所示，不同养分添加下退化湿地土壤微生物脂类、醇类和氨基酸类碳源的利用能力对土壤微生物AWCD 变化贡献率较高（P<0.05），其中微生物利用这三类碳源的能力改变对土壤微生物AWCD 变化贡献率表现为酯类>醇类>胺类。

图4 土壤微生物各类碳源的利用对土壤微生物AWCD 变化相对重要性排序Fig.4 Ranking of relative importance of utilization of various carbon sources of soil microorganisms to changes of AWCD of soil microorganisms

2.6 不同养分添加下影响退化湿地土壤微生物碳源利用总特征关键环境因子

为探究不同养分添加下，退化高寒湿地的植被群落特征和土壤理化指标对土壤微生物碳源利用总特征的影响，本研究对影响土壤微生物AWCD 变化的各环境因子进行了随机森林分析，如图5 所示，在不同养分添加下退化高寒湿地的土壤含水量、植被盖度、pH、地上生物量和地下生物量对土壤微生物AWCD 变化贡献率较高（P<0.05），其中，各环境因子对土壤微生物AWCD 变化贡献率表现为土壤含水量>植被盖度>pH>植被地下生物量>植被地上生物量。

图5 环境因子对土壤微生物AWCD 变化相对重要性排序Fig.5 Ranking of relative importance of environmental factors to changes in soil microbial AWCD

2.7 湿地退化与养分添加对土壤微生物碳源利用总特征的影响机制

为进一步探究不同养分添加对退化湿地土壤微生物碳源利用总特征的影响及机制，本研究以土壤微生物碳源利用能力为目标因子，对湿地退化和养分添加双因素进行了相对重要值排序。如图6 所示，湿地退化对土壤微生物碳源利用能力的影响为43.23%，施肥对土壤微生物碳源利用能力的影响为26.55%，两者交互一共解释了土壤微生物变化的30.22%。通过随机森林结果选取影响土壤微生物AWCD 的各环境因子，构建了不同养分添加对土壤微生物AWCD影响的结构方程模型（SEM）。如图7 所示，退化湿地进行氮添加对土壤微生物AWCD 变化起正效应（总效应值为：0.873×0.295=0.258），其中，氮添加显著影响植被地上生物量增长（效应值为0.873），而植被地上生物量又可以显著正向影响土壤微生物AWCD（效应值为0.295）；磷添加对土壤微生物AWCD 变化未产生显著效应影响；有机掺混肥添加对土壤微生物AWCD 变化起负效应影响［总效应值为：（0.515×0.295）+（-0.438×0.562）=-0.094］，有机掺混肥添加主要是通过影响植被地上生物量和土壤含水量进而影响土壤微生物AWCD，虽然有机掺混肥添加可以显著影响植被地上生物量增长从而对土壤微生物AWCD 起正效应影响（间接效应值为：0.515×0.295=0.152），但有机掺混肥添加也会负向显著影响土壤含水量，而对土壤微生物AWCD 起负效应影响（间接效应值为：-0.438×0.562=-0.246），因此，总体上有机掺混肥添加对土壤微生物AWCD 变化起负效应影响，并且3 种施肥处理均会对退化高寒湿地土壤含水量变化起负效应。

图6 退化和施肥对土壤微生物AWCD 相对重要性排序Fig.6 Ranking of relative importance of degradation and fertilization to soil microorganism AWCD

图7 不同养分下退化湿地各环境因子对土壤微生物AWCD 调控机制结构方程模型Fig.7 Piecewise structural equation model of AWCD regulation mechanism of environmental factors in degraded wetland under different nutrients

3 讨论

本研究结果显示不同养分添加不仅会影响植被群落特征和土壤理化性质，还会对退化湿地土壤微生物碳源利用总特征产生不同的影响，除中度退化湿地进行氮添加和重度退化湿地进行磷添加会使土壤微生物总碳源利用能力增加外，其他养分添加均会降低微生物碳源利用能力（图2）。这与张瑞等［54］和刁婵等［55］通过对农田和森林研究得到的养分添加会降低微生物碳源利用能力的结论部分相似，而翁晓虹等［56］对三江平原湿地研究发现氮肥添加会提高微生物碳代谢活性，刘红梅等［57］通过对玉米（Zea mays）田进行养分添加研究也发现养分添加会使微生物碳源利用能力有所增强。这说明土壤微生物碳源利用能力在不同生态系统和气候条件下对养分添加的响应规律是不同的，也可看出土壤微生物碳源利用能力受多因素影响。

已有文献表明，养分添加不仅影响土壤微生物总体碳源利用能力，同时还改变了土壤微生物对各类碳源的利用能力与方式［58］。本研究结果显示养分添加虽不能改变退化高寒湿地土壤微生物的优势碳源类型，土壤微生物对酯类碳源的相对利用率仍始终高于其他碳源，酯类碳源为优势碳源，但不同养分添加可以改变退化湿地土壤微生物对各类碳源的利用程度。有机掺混肥添加会提升土壤微生物对酯类和醇类碳源的利用程度，氮添加会提升土壤微生物对醇类碳源的利用程度（表4）。这与朱凡等［59］对樟树（Cinamomum camphora）林研究表明，施氮后仍然改变不了优势碳源类型，但可以提高其他类碳源的利用率的结论相近。而郭莹等［60］对农田研究发现不同养分添加下土壤微生物优势碳源和主要碳源利用存在差异。本研究结果表明，对退化高寒湿地进行氮添加还可以降低微生物酸类碳源利用占比（表4），这与小叶樟（Calamagrostis angustifolia）湿地进行氮添加研究结果一致［56］，而已有研究发现微生物酚酸类碳源被微生物利用容易产生自毒作用，从而降低微生物群落活性和碳源利用能力，破坏其群落功能［61-63］。因此，本研究推测退化高寒湿地进行氮添加可以降低微生物的自毒作用，进而影响土壤微生物群落的活性与功能，为退化高寒湿地通过施用氮肥改善微生物群落活性、结构与功能提供了科学理论支撑。

不同的施肥处理会导致植被群落以及土壤中的化学、物理和生物等性质发生变化，而不同养分添加下退化高寒湿地土壤微生物碳源利用能力的改变，是土壤微生物群落为适应生境变化所而做出的反应。本研究通过各环境因子与微生物不同碳源利用能力间的Mantel 检验发现，不同养分添加下影响退化湿地土壤微生物六大碳源利用情况的环境因子是不同的，在氮肥添加下，退化湿地的土壤微生物六大碳源利用变化受土壤全磷的显著影响，在有机掺混肥添加情况下，退化湿地的土壤微生物六大碳源利用变化受土壤全氮、土壤全磷、土壤含水量、植被盖度和植被地上生物量的显著影响（图3）。而以往研究表明，氮添加下三江平原菖蒲湿地土壤微生物碳源利用受土壤全氮、总有机碳、土壤含水率、可溶性有机氮、可溶性有机碳、硝态氮、铵态氮和pH 等土壤理化性质影响［64］。因此，在评估不同养分添加对土壤微生物碳源利用的影响时，考虑土壤中营养元素、土壤pH 值以及植被群落的组成等因素的同时，还要结合具体养分添加的肥料种类以及添加含量等方面进行综合分析。本研究结果表明，和农田生态系统相似［54］，施肥处理下退化高寒湿地土壤微生物碳源利用总特征变化也受微生物酯类碳源利用能力的影响。不同之处在于施肥处理下的高寒退化湿地土壤微生物碳源利用总特征变化还受微生物醇类和胺类碳源利用能力的影响，体现了高寒退化湿地生态系统的特异性（图4）。

为进一步探究养分添加对土壤微生物碳源利用的影响路径，构建不同养分添加对土壤微生物碳源利用总特征影响的结构方程模型可知，退化高寒湿地进行有机掺混肥添加可以通过提升植被地上生物量，促进土壤微生物碳源利用，但有机掺混肥对土壤微生物碳源利用的促进作用受土壤含水量显著降低的限制（图7）。这与旱地施肥研究结论一致［65-66］，这可能是有机掺混肥添加相较氮添加更有利于促进植被根系生长发育，增大了植被在土壤中的吸收能力，导致土壤含水量显著下降从而降低土壤微生物碳源利用能力。本研究还发现退化湿地进行氮添加对土壤微生物碳源利用总特征变化起正效应影响，并且主要是通过显著增加植被地上生物量，进而间接地对土壤微生物碳源利用总特征产生正向影响（图7）。这与草原养分添加研究中得到的短期氮添加促进土壤中微生物碳代谢功能的结论相似［67］。可能原因为：一方面氮添加可能改变了土壤养分的有效性以及转化［67-69］，另一方面氮添加有助于缓解生态系统的氮限制，提高了土壤有效氮含量，从而影响土壤微生物的碳源利用能力［67］，氮添加有利于缓解黄河源区退化湿地土壤的氮限制，从而促进植被生长和土壤微生物的代谢。武晓森等［70］对农田研究发现，氮添加会降低土壤微生物活性，本研究结果与此不一致，可能是在部分生态系统中进行氮添加会造成土壤酸化［71］，使其土壤微生物碳源利用能力下降，也可能是本试验高寒湿地属于高寒高海拔区，其土壤中可利用氮较少［72］，相较其他生态系统氮限制更为明显，并且不同生态系统的植被地上生物量对土壤微生物碳源利用能力的影响也存在差异。由于氮添加对土壤微生物碳代谢能力的影响不仅受生态系统类型的影响，还受添加含量和添加方式以及添加时间的影响［69］。因此，氮添加对退化高寒湿地土壤微生物活性和碳源利用能力的影响仍有待进一步探究。并且通过结构方程模型构建，本研究发现影响土壤微生物碳源利用总特征变化的因素有地上生物量和土壤含水量，因此，维持植被地上生物量的稳定状态，有助于保持土壤微生物对碳源的高效利用能力，从而维持生态系统的健康和稳定。

4 结论

在黄河源区退化高寒湿地进行养分添加不仅可以增加土壤养分促进植被生长，氮添加还可以显著提高中度退化阶段土壤微生物碳源利用能力，而磷添加和有机掺混肥均未能显著提高高寒湿地各退化阶段土壤微生物碳源利用能力。不同养分添加可以影响土壤微生物对各类碳源的利用能力，其中有机掺混肥和氮添加会增加退化湿地土壤微生物脂类和醇类碳源的利用占比，降低酸类碳源的利用占比。不同养分添加下退化高寒湿地土壤微生物碳源利用总特征变化主要受土壤微生物酯类、醇类和胺类碳源利用能力改变的影响。结构方程模型结果分析显示，退化高寒湿地氮添加和有机掺混肥添加都可以通过提升植被地上生物量，促进土壤微生物碳源利用，但有机掺混肥对土壤微生物碳源利用的促进作用受土壤含水量降低的限制。