最新文獻(xiàn)解讀（IF：16.6）|養(yǎng)分誘導(dǎo)的酸化調(diào)節(jié)了土壤生物多樣性-功能關(guān)系

日期： 2024-04-08

標(biāo)簽:

公正準(zhǔn)確規(guī)范高效

文獻(xiàn)解讀

原名：Nutrient-induced acidification modulates?soil biodiversity-function relationships

譯名：養(yǎng)分誘導(dǎo)的酸化調(diào)節(jié)了土壤生物多樣性-功能關(guān)系

期刊：Nature communications

IF:16.6

發(fā)表日期：2024.04

第一作者：Zhengkun Hu

摘要

背景：養(yǎng)分富集是全球變化的重要組成部分，它通過促進(jìn)物種優(yōu)勢(shì)、改變營養(yǎng)相互作用和降低生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性來破壞地上生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能之間的關(guān)系。越來越多的證據(jù)表明，養(yǎng)分富集也會(huì)降低土壤生物多樣性，并削弱地下生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能之間的關(guān)系，但其潛在機(jī)制仍不清楚。

方法：通過為期13年的田間試驗(yàn)，探討了養(yǎng)分富集(NP添加)對(duì)土壤性質(zhì)、土壤生物多樣性和多種生態(tài)系統(tǒng)功能的影響。

結(jié)果：土壤酸化是影響土壤多樣性與生態(tài)系統(tǒng)多功能性關(guān)系的主要因素，而非礦質(zhì)養(yǎng)分和碳(C)有效性的變化。氮和磷的添加顯著降低了土壤pH、細(xì)菌、真菌和線蟲的多樣性，以及與C和養(yǎng)分循環(huán)相關(guān)的多種生態(tài)系統(tǒng)功能。另外，養(yǎng)分富集通過影響微生物多樣性對(duì)高營養(yǎng)水平的食微線蟲的多樣性產(chǎn)生了負(fù)面影響。

結(jié)論：以上結(jié)果表明，養(yǎng)分富集誘導(dǎo)的酸化能夠通過土壤食物網(wǎng)級(jí)聯(lián)作用并影響生態(tài)系統(tǒng)功能，為養(yǎng)分富集影響土壤生物群落和生態(tài)系統(tǒng)特性的機(jī)制提供了新的見解。

研究背景

生物多樣性在維持生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力和穩(wěn)定性的各種生物地球化學(xué)和生態(tài)過程中起著關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用。在自然生態(tài)系統(tǒng)中，共存的物種執(zhí)行著各種單獨(dú)的功能，這反過來又支持了向人類社會(huì)提供的多種商品和服務(wù)。然而，諸如養(yǎng)分富集等人為干擾往往會(huì)降低物種豐富度，從而削弱生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能(BEF)之間的耦合。例如，Hautier等人從全球42個(gè)草原的研究中發(fā)現(xiàn)，營養(yǎng)添加降低了植物多樣性對(duì)生產(chǎn)力時(shí)間穩(wěn)定性的積極影響。然而，盡管對(duì)植物群落和生態(tài)系統(tǒng)過程如何響應(yīng)養(yǎng)分富集已經(jīng)做了大量的研究，但在地下生態(tài)系統(tǒng)中是否也存在類似的養(yǎng)分效應(yīng)趨勢(shì)或模式尚不清楚。特別是野外環(huán)境且多種營養(yǎng)級(jí)相互作用的背景下，極少研究評(píng)估養(yǎng)分富集如何通過其對(duì)土壤生物群的影響來改變生態(tài)系統(tǒng)功能。

土壤生物群是高度多樣化的，僅1g土壤中就含有多達(dá)10億個(gè)細(xì)菌細(xì)胞，由數(shù)萬個(gè)分類群組成，以及數(shù)十到數(shù)千種真菌、原生生物和線蟲。越來越多的研究表明，由于土壤微生物和動(dòng)物在有機(jī)物分解和養(yǎng)分循環(huán)等方面發(fā)揮著多種作用，土壤生物群多樣性對(duì)維持有效的生態(tài)系統(tǒng)功能至關(guān)重要。例如，Delgado-Baquerizo等人表明，不同生態(tài)系統(tǒng)中土壤生物多樣性的減少影響了多種生態(tài)系統(tǒng)功能，包括植物生產(chǎn)力、養(yǎng)分循環(huán)和病原體控制。然而，與通常處于單一營養(yǎng)水平的不同植物物種不同，土壤生物生活在復(fù)雜的土壤食物網(wǎng)中，其中涉及多種營養(yǎng)相互作用。大多數(shù)土壤生物生活在水膜上，對(duì)pH值和養(yǎng)分濃度等土壤條件的變化特別敏感。此外，細(xì)菌和真菌是土壤有機(jī)質(zhì)的主要消費(fèi)者，同時(shí)細(xì)菌和真菌生物量也是線蟲和原生生物食物來源，并為植物釋放養(yǎng)分的營養(yǎng)鏈的核心基礎(chǔ)。然而，養(yǎng)分富集改變土壤生物多樣性及其營養(yǎng)相互作用的機(jī)制很少得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，其對(duì)生態(tài)功能的影響也相對(duì)未知。

在全球范圍內(nèi)，通過化學(xué)施氮和工業(yè)沉積的人類活動(dòng)至少使通過自然生物固氮的活性氮輸入增加了一倍。此外，施用磷肥持續(xù)增加土壤磷素有效性，加速了植物氮吸收，從而提高植物生產(chǎn)力?，F(xiàn)有大多數(shù)關(guān)于養(yǎng)分富集對(duì)植物多樣性-功能關(guān)系的研究都是以植物為導(dǎo)向的，并且集中在單一營養(yǎng)級(jí)水平上。養(yǎng)分富集可能通過三種不相互排斥的機(jī)制影響土壤生物多樣性及其與生態(tài)系統(tǒng)功能的關(guān)系(附圖1)。首先，高土壤速效氮和/或磷含量通常會(huì)增加植物生長和地下總碳(C)輸入(包括莖和根來源的C)。由于土壤微生物通常受C限制，提高C有效性可能會(huì)刺激土壤細(xì)菌和真菌的生長，并顯著影響生物多樣性-生態(tài)系統(tǒng)功能關(guān)系，另一方面，土壤細(xì)菌和真菌是支持復(fù)雜食物網(wǎng)的食物基礎(chǔ)。其次，相對(duì)于其他元素，氮和磷等一些養(yǎng)分的可用性增加改變了土壤中的營養(yǎng)化學(xué)計(jì)量，并可能有利于一些富營養(yǎng)生物的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。因此，如果土壤群落僅由少數(shù)豐富的物種主導(dǎo)，生態(tài)系統(tǒng)功能可能與土壤生物多樣性解耦。最后，養(yǎng)分富集，特別是高N輸入，會(huì)引起土壤理化環(huán)境的深刻變化，可能嚴(yán)重改變土壤生物群多樣性和植物-微生物相互作用。特別是NH₄?⁺的輸入(即微生物氧化NH₄⁺產(chǎn)生質(zhì)子，導(dǎo)致土壤酸化。H⁺的積累引起土壤酸化，并提高重金屬的溶解度。(如Al和Mn)，它們可能對(duì)微生物和植物產(chǎn)生毒性，并抑制微生物介導(dǎo)的過程。雖然這三種機(jī)制可以單獨(dú)或共同影響?zhàn)B分富集對(duì)土壤生物群結(jié)構(gòu)和功能的影響，但我們對(duì)它們對(duì)生態(tài)系統(tǒng)功能的相對(duì)貢獻(xiàn)知之甚少。

利用長期施肥試驗(yàn)，本研究測(cè)試了三個(gè)假設(shè)，每個(gè)假設(shè)旨在評(píng)估養(yǎng)分富集可能影響土壤生物群多樣性和功能的三種機(jī)制之一的能力。首先，如果養(yǎng)分富集主要通過緩解C對(duì)微生物的限制來影響微生物(圖1)，那么高水平的N和P添加應(yīng)該會(huì)增加土壤生物多樣性，從而進(jìn)一步增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)功能。其次，如果養(yǎng)分(N和/或P)限制主要影響土壤群落的結(jié)構(gòu)、多樣性和活性，那么高水平的N和P添加應(yīng)該會(huì)降低土壤生物群的多樣性，并進(jìn)一步影響生態(tài)系統(tǒng)功能，如C和養(yǎng)分循環(huán)。第三，如果養(yǎng)分誘導(dǎo)的土壤酸化主要調(diào)節(jié)土壤群落的結(jié)構(gòu)、多樣性和活性，那么在較高的養(yǎng)分添加水平下，土壤pH值的降低應(yīng)該會(huì)減少土壤生物群的多樣性，進(jìn)而對(duì)生態(tài)系統(tǒng)功能產(chǎn)生影響。