化肥农药的施用不仅造成病虫害暴发和土壤生态环境受损等一系列问题,也损害了土壤生物多样性和功能。其中,蚯蚓,一种每天“钻研”(因而也被称为“土壤生态系统工程师”)土壤的神奇动物,通过取食、消化、排泄和掘穴等活动,决定着土壤和植物的健康状况。目前,研究蚯蚓与植物的关系很少考虑到地上部害虫的影响。实际上,自然界植物经常遭受害虫的取食压力,植物与害虫协同进化的过程中,会发展出各种防御策略。除此之外,土壤生物也会协助植物提高抗虫能力,而以往的研究多集中于土壤微生物,近来的研究发现,蚯蚓可以增加植物抗虫能力而使植物受益,也可通过刺激植物生长来提高植物对害虫的耐受性。一般认为,蚯蚓主要通过改善土壤氮素水平而调控植物对害虫的抗耐性。当前,由于生态环境的压力,农田正经历着化肥施用量的大幅变化,土壤氮素水平是否会影响蚯蚓对植物的作用呢?
蚯蚓和氮素对番茄生长及抗虫性的影响
《施氮水平影响蚯蚓介导的番茄生长及抗虫性》(发表在《生物多样性》2018年第12期)研究了一种适应于农田耕作干扰的威廉腔环蚓在不同土壤氮素水平下对番茄–地上部害虫西花蓟马关系的影响及其机制。本研究发现蚯蚓可以刺激植物信号分子(茉莉酸和水杨酸)和防御化合物来抵御西花蓟马。植物生长和抗性之间的权衡依赖于土壤养分水平,蚯蚓仅在低氮时提高了植物的抗虫性。换言之,在减肥条件和土壤肥力水平较低时,蚯蚓能够改变植物资源和防御物质含量,提高植物抗虫性响应。
了解气候变化和人类活动影响下植物和病虫害的关系是生态学的核心问题,土壤动物调节的生态功能也逐渐受到更多的重视。本研究也暗示,今后需要综合考虑土壤管理–土壤动物–植物病虫害三者之间的关系,综合土壤生态和植物保护措施以发展绿色农业。