青藏高原高寒草地面積約為146萬平方千米，占我國陸地面積的15%，但近30年受氣候變化與人為活動影響，草地面臨沙化困境。土壤沙化通常導致養分保持能力降低，與健康草地相比，沙化草地銨態氮（NH4+-N），硝態氮（NO3?-N），微生物生物量碳（MBC）和微生物生物量氮（MBN）含量分別降低28.9%、83.7%、77.8%和89.6%，土壤pH值增加7.1%。先前的研究表明，鄉土先鋒物種杯腺柳的根系分泌物可以通過增加微生物生物量提升根際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學機制仍未被系統解析。
基于這一科學問題，結合前期研究成果，四川農業大學團隊通過人工根系模擬實驗，首次揭示棕櫚酸提升沙化高寒草地土壤NH4+-N含量的微生物學機制，為高寒荒漠化草甸生態修復提供了科學依據。該成果近日發表于環境生態學領域權威期刊Journal of Environmental Management。
圖文摘要，包括實驗設計與核心發現 四川農業大學供圖
研究發現，雙倍自然分泌速率的棕櫚酸能顯著提高土壤NH4?-N、溶解有機氮（DON）和MBN含量。 有效緩解植物高寒沙化地“氮饑餓”困局。而且，固氮微生物和功能基因豐度激增， 雙倍速率棕櫚酸顯著提高固氮螺菌屬及固氮基因的相對豐度，進一步相關性分析表明固氮螺菌屬和固氮基因均與NH4+-N和DON濃度呈正相關，長鏈有機酸（棕櫚酸）重塑微生物群落，Lefse分析表明82%的生物標志物與固氮過程相關性強。
結構方程模型（SEM）解釋了73%的固氮基因豐度和92%的NH4+-N濃度，且土壤微生物特性比其化學性質對NH4+-N含量的影響更直接。 研究首次證實，在短期培養條件下棕櫚酸主要通過降低土壤pH值，觸發微生物“固氮開關”，提升土壤NH4+-N濃度。
該研究發現具有廣闊的應用前景，可以定制植物“盟友”，修復沙化高寒草地。研究指明生態修復新路徑：在根系分泌物成分分析基礎上選擇棕櫚酸分泌速率高的先鋒植物物種，結合固氮螺旋菌菌劑以優化土壤氮循環，將更有利于提高生物有效氮養分。
團隊呼吁：“模仿自然智慧，采用鄉土植物分泌物及其招募的微生物治愈土地，是可持續的沙漠化生態恢復有效解決方案。”
本研究得到國家自然科學基金、四川省科學技術廳、中國國家留學基金委資助。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2025.126349