近日，土壤生态学团队在New Phytologist上发表题为“An integrated fast-slow plant and nematode economics spectrum predicts soil organic carbon dynamics during natural restoration”的研究论文，报道了综合考虑植物和线虫性状比单独考虑任一组分更好地解释了土壤有机碳伴随植被演替的变化。这项野外调查研究首次通过关联分析途径，为先前本课题组提出的植物-线虫性状-生态功能的概念模型提供了实验证据（https://soilecology.njau.edu.cn/info/1016/1754.htm）。

“联合国生态系统恢复十年”（2021-2030年） 呼吁保护和恢复全球的生态系统，以造福人类，促进人类和自然的和谐共生。不过，尽管采取了很多应对措施，但是全球许多生态系统正面临因土壤有机碳损失带来的气候安全风险，因此，寻找基于自然的解决方案（Nature-based Solution, NbS）来增强土壤碳库、同时恢复多种生态系统服务，已成为当前生态学研究的核心议题。陆地生态系统的地上和地下生物共同驱动着生态系统的碳循环（Wardle et al., 2004; Sobral et al., 2023），但现有研究多集中于地上植物群落组成和性状的变化（De Deyn et al., 2008; van der Plas et al., 2020），缺乏对地下土壤生物性状的综合考量。鉴于地下部土壤生物参与全球碳转化的所有过程，因此，为更全面地预测陆地生态系统的碳循环，我们最近基于性状途径，提出了一个将植物经济谱系（Plant Economics Spectrum, PES）与线虫经济谱系（Nematode Economics Spectrum, NES）相结合的新框架，即PES-NES协同概念模型。与单纯关注植物性状相比，该模型为增强碳动态预测能力提供了一个新兴的视角（Zhang et al., 2024; https://soilecology.njau.edu.cn/info/1016/1754.htm）。

图1. 植物经济系谱、线虫经济系谱以及二者的整合对微生物性状和土壤有机碳的影响

   本研究利用亚热带地区农业废弃后自然恢复的不同植被演替序列，涵盖植物群落的先锋阶段、早期阶段、中期阶段和气候顶级阶段，探究了植物与线虫在快-慢经济谱系上的协调关系，并评估这一整合后的经济谱系是否能提高生态恢复过程中土壤有机碳动态的解释度。基于野外调查，本研究测定了植物、线虫和微生物的性状，以及土壤有机碳含量。方差分解结果表明，PES和NES的联合效应主导了微生物性状和土壤有机碳的变化（图1）。这表明植物和线虫的性状存在互补的且不可替代的信息，必须同时考虑二者的变化才有助于全面理解碳动态的变化。此外，结构方程模型显示，植物与线虫快-慢性状谱通过调节微生物性状（微生物碳利用效率和生物量）来影响土壤有机碳的变化（图2）。本研究证明了地上和地下生物性状之间的功能联系，不仅为生态恢复提供了基于性状途径的功能预测，也增强了将地下土壤生物性状纳入生物地球化学循环模型的理解。

图2. 整合的植物和线虫经济系谱影响土壤有机碳动态的结构方程模型

土壤生态实验室博士生张崇哲为第一作者，刘满强教授为通讯作者，中国地质科学院岩溶地质研究所朱同彬研究员给予重要协助。本实验室陈小云教授、博士生李娜，澳洲西悉尼大学Ian Wright和Uffe Nielsen教授共同参与并指导了该项工作。本研究得到国家重点研发计划（2021YFD1700202）和国家自然科学基金（42177243, 42077047）项目的共同资助。

参考文献：

Zhang C, Wright IJ, Nielsen UN, Geisen S, Liu M. 2024. Linking nematodes and ecosystem function: a trait-based framework. Trends in Ecology & Evolution 39: 644-653.

Wardle DA, Bardgett RD, Klironomos JN, Setälä H, van der Putten WH, Wall DH. 2004. Ecological linkages between aboveground and belowground biota. Science 304: 1629-1633.

Sobral M, Schleuning M, Martínez Cortizas A. 2023. Trait diversity shapes the carbon cycle. Trends in Ecology & Evolution 38: 602-604.

van der Plas F, Schröder-Georgi T, Weigelt A, Barry K, Meyer S, Alzate A, Barnard RL, Buchmann N, de Kroon H, Ebeling A et al. 2020. Plant traits alone are poor predictors of ecosystem properties and long-term ecosystem functioning. Nature Ecology & Evolution 4: 1602-1611.

De Deyn GB, Cornelissen JHC, Bardgett RD. 2008. Plant functional traits and soil carbon sequestration in contrasting biomes. Ecology Letters 11: 516-531.

论文链接：http://doi.org/10.1111/nph.20166

编辑：张崇哲 朱梦一

校正：吴 迪

审核：刘满强