重磅！GCB | 西北农林韦革宏北京大学陆雅海团队在土壤多营养网络对农田生态系统影响作用方面取得新进展

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研究背景

土壤有机体是有结构的，并形成复杂的食物网，反映了生态网络中强烈的相互关系。土壤食物网特征，如结构和连通性，可以很好地预测和影响能量流、食物网稳定性以及碳(C) 和氮 (N) 循环过程。此外，具有相似环境和资源偏好的土壤食物网内的系统类型可能在生态网络中形成紧密相连的生态簇，对生态系统功能有重大影响。土壤理化性质和生态系统过程在农业生态系统和自然生态系统之间可能有所不同，具有不同的生物多样性模式和食物网结构。目前尚不清楚共生物种网络之间相互联系复杂性的变化是否会影响生物多样性在农业领域生态系统功能中的作用。目前，在复杂的现实生态系统中，描述物种网络复杂性对生物多样性—生态系统功能 (BEF) 关系的影响在大空间尺度上是具有挑战性的。

研究方案

作者在中国大陆228个农田进行了大规模的土壤调查，通过对16S rRNA基因 (土壤古菌和细菌)、16S rRNA基因 (土壤真菌) 和18S rRNA基因 (土壤原生动物和无脊椎动物)的高通量测序，获得了土壤古细菌、细菌、真菌(菌根和腐生菌)、原生动物和无脊椎动物的多样性信息，包括大约60000个土壤系统类型, 建立了土壤多营养级共生网络。同时作者利用与土壤生物影响并与关键生态系统服务相对应的17个生态系统功能的数据（如作物产量、养分供应、元素循环和病原调控），基于包含多营养水平生物系统类型的共现网络，可视化了土壤网络的复杂性。通过moving window探讨了土壤多营养网络复杂性的变化对BEF关系强度的影响。

研究结果

研究结果揭示了土壤生物多样性在支持和维持农业系统生态系统功能方面的重要性，这些功能与作物产量、养分供应、元素循环和病原菌控制有关，这些关系受到有机体类型的影响，即土壤系统类型具有较大的体型或处于较高的营养水平（例如无脊椎动物或原生食肉动物）。与那些体型较小或营养水平较低的动物相比，它们表现出较弱的或没有BEF关系 （例如古生菌、细菌、真菌和原生光养生物）。通过考虑平均多功能、多重个体功能、平均多样性和不同类群的多样性，揭示了土壤生物多样性在支持和维持农业系统生态系统功能方面的重要性。强调了土壤网络复杂性在加强土壤生物多样性和生态系统功能之间的联系方面的作用，这种复杂性反映在多营养级生物之间的共生模式上。通过考虑平均多功能、多重个体功能、平均多样性和不同类群的多样性，揭示了土壤生物多样性在支持和维持农业系统生态系统功能方面的重要性。

图1. 农业生态系统生物多样性与多功能性的关系

图2. 农田生态系统功能的主要驱动因素

图3. 基于moving-window分析的土壤多营养网络复杂性对土壤生物多样性与生态系统多功能间关系的影响

研究结论

该研究结果在预测具有多营养水平的地下生物多样性对农业系统生态系统功能的影响方面取得了相当大的进步。进一步表明，在土地利用集约化的情况下，土壤多营养网络复杂性在提高和维持生态系统生产力、养分供应和病原体控制方面的潜在作用不应被忽视。相反，这是政策制定和土壤管理中应该考虑的一个关键因素。

该研究于10月5日在线发表于生态学国际顶级权威期刊Global Change Biology (IF=10.863)上。西北农林科技大学焦硕教授为论文第一作者。西北农林科技大学韦革宏教授、北京大学陆雅海教授为本论文的共同通讯作者。

原文链接 ↓

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcb.15917

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