近日，土壤生态学团队在期刊Soil Biology & Biochemistry上发表题为“Soil food web structure coordinated by soil omnivores sustains soil multifunctionality in moderate vermicompost amended fields”的研究论文，报道了集约化种植系统中蚓堆肥替代化肥长期试验的部分结果，提出蚓堆肥促进的土壤多功能性与土壤食物网复杂性有关，后者又主要受到杂食线虫调控。该研究表明平衡蚓堆肥和化肥施用，可以调节土壤碳氮比，从而满足生物的元素均衡需求，进而促进土壤食物网复杂性和农田土壤的多功能性。研究结果支持实验室以往的推测，强调了生态化学计量学原理和食物网结构分析相结合，有助于加强对有机肥介导的多功能性中土壤生物调节机制的认识，这不仅有助于我们统一土壤生态理论，更准确地调控土壤生态过程，也为合理利用有机物资源，发挥土壤生物自调节功能，实现减肥减药的生态集约农业提供新的思路。

多营养级相互作用是土壤食物网驱动作物生产、养分循环及更多其他非生产功能的关键。蚓堆肥作为多功能的土壤健康调节剂，可以通过改良土壤理化环境，协调土壤食物网来缓解常规集约化农业带来的种种弊端。大量的研究已经明确蚓堆肥具有很高的调控土壤多功能性的潜力。然而，至少还有两个方面缺乏足够的研究。一方面，在评估蚓堆肥的效应上，研究仍然缺乏从植物，土壤，大气和水体等方面系统地对蚓堆肥的功能进行综合评估。另一方面，在探讨蚓堆肥促进土壤健康的机制上，还缺乏从多营养级生物相互作用的食物网水平上进行的研究。单独从食物网结构的复杂性考虑，实际上更多的相互作用并不一定意味着多功能性的增加，因为不同营养类群之间相互作用的表现可能会相互抵消，且不同生态系统功能间存在权衡作用。因此，需要从结合不同营养类群的食物网角度来探究蚓堆肥推动多种功能间权衡和协同的生物机制。

图1. 不同比例蚓堆肥替代化肥对土壤食物网复杂性和多功能性影响的概念框架图

基于有机替代的定位试验，本研究从植物生长和产品品质、碳和养分循环及水和气候调节等方面分析土壤多功能性，在等养分输入的前提下，分析不同比例蚓堆肥替代化肥施用如何影响农业生态系统的多功能性。结果表明，中等用量的蚓堆肥替代化肥可以通过增强多种功能之间的协同，降低功能直接的权衡，从而维持最高的土壤多功能性，且这种促进作用主要归因于杂食者支持的复杂食物网结构。然而，当蚓堆肥用量过高且化肥用量较低时，由于输入的有机碳较高，养分限制和来自蚓堆肥的有害物质积累会导致蚓堆肥的效果从有益于到有害于土壤生物群落的转变，如简化土壤食物网结构，从而降低了蚓堆肥的多功能效益。本研究反映了食物网高营养级的级联效应在调节土壤多种功能协同提升中的重要作用，并从化学计量和有害物质积累的角度强调了使用有机肥替代化肥时确定合适配比的必要性。课题组前期的研究表明有机物料介导的线虫食物网能流均匀性与多功能性密切相关（Zhu et al., 2023），本研究进一步结合生态化学计量学加深了对有机输入影响土壤多功能性的生物和非生物途径的认识，表明均衡的资源组成（有机碳和养分缺一不可）是维持和谐的食物网生物相互作用、发挥平衡的生态系统多功能性的必要条件。

图2. 不同比例蚓堆肥替代化肥对土壤功能组成和多功能性的非线性影响（A-D），土壤理化性质及食物网结构与功能间的关系在不同比例蚓堆肥替代处理间存在差异（E-F）。

土壤生态实验室博士研究生朱柏菁为第一作者，刘满强教授为通讯作者，加拿大麦吉尔大学Joann K. Whalen教授和本实验室陈小云及胡锋教授参与指导。本研究得到国家自然科学基金（42177286）和江苏省碳达峰碳中和科技创新基金（BE2022308-1）的共同资助。

前期相关工作：

Zhu, B., Wan, B., Liu, T., Zhang, C., Cheng, L., Cheng, Y., Tian, S., Chen, X., Hu, F., Whalen, J.K., Liu, M., 2023. Biochar enhances multifunctionality by increasing the uniformity of energy flow through a soil nematode food web. Soil Biology and Biochemistry 183, 109056.

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2024.109391

编辑：朱柏菁

校正：吴  迪

审核：刘满强