近日，土壤生态学团队在期刊Soil Biology & Biochemistry上发表题为“Earthworms buffer the impacts of nitrogen enrichment on energy dynamics of soil micro-food webs”的研究论文，剖析了蚯蚓作为生态系统工程师，如何调控氮富集对农田土壤食物网结构和功能的不利影响，并从能流角度揭示了其驱动机制。这项研究突出了土壤大型动物在土壤食物网结构和生态功能中的下行效应，补充了先前关于从资源角度探究食物网能流结构上行调控机制的认识（Wan et al., 2022a, 2024），为全面理解复杂土壤食物网结构、多样性和功能之间的关系奠定了理论依据。

随着施肥活动对农田生态系统影响的加剧，氮富集已成为威胁土壤生物多样性和生态功能的关键因素。尤其是当土壤食物网中的大型土壤动物（如蚯蚓）受到威胁时，生态系统的能量流动将会发生很大的结构性变化，从而影响到作物生产和养分循环等多种功能（Liu et al., 2019）。作为生态系统的重要组成部分，土壤食物网在养分释放、初级生产和病虫防控等生态功能中发挥核心作用（Wan et al., 2022b）。在应对类似氮富集等环境变化扰动中，深入探究蚯蚓等大型动物如何调节土壤食物网的能流动态，有助于拓展我们对土壤食物网结构和功能的认识，提升对未来气候变化下农田生物多样性保护、土壤生态工程管理与恢复对策的理解与应对能力。

图 1. 蚯蚓在不同氮输入条件下对土壤食物网能流结构的影响

基于一项持续4年的田间调控试验（玉米-冬闲种植制度），本研究聚焦氮富集和蚯蚓对土壤微食物网能量流动动态及营养功能的交互作用。主要发现是：当去除蚯蚓时，随着氮输入的增加，土壤微食物网的总能流和平均能流下降，这一变化主要与氮富集导致的土壤微生物和线虫群落多样性下降密切相关。而蚯蚓的存在则有效缓解了氮富集对土壤微食物网能量动态的负面影响，保持了能量流动的稳定性。蚯蚓的这一贡献主要归因于蚯蚓对土壤生物多样性的促进作用，尤其是通过增强物种间的生物相互作用，加强了生物多样性与能量流动之间的联系，从而在维持能量流动的稳定性方面发挥了重要作用。值得一提的是，蚯蚓等大型土壤动物体现出土壤生态系统结构和功能的“生物缓冲器”作用，能够吸收外界环境压力的影响，有效保护土壤生态系统在氮富集条件下的稳定性，这一作用值得今后结合生态系统稳定性和农业可持续管理进行深入探究。

总之，本研究提供了蚯蚓作为“生态工程师”和“营养鲸”、缓解氮富集对土壤食物网能量流动负面影响的实证证据。随着全球气候变化和氮沉降问题日益严峻，本研究为我们认识土壤生态结构和功能的响应提供了新的视角，揭示了蚯蚓在土壤食物网中扮演的双重角色，并为未来研究开辟了新的方向。为了更好地利用自然界的生物潜力、“基于自然解决方案”进行土壤生物多样性的管理、保护与恢复，通过维持和加强生态系统中物质和能量的流动来促进土壤生态系统的健康，未来的研究需要进一步探索像蚯蚓等大型土壤动物在土壤生物多样性维持和多功能恢复中的地位，以期更好的发挥土壤生物群落在全球变化背景下对土壤健康的功能贡献。

土壤生态实验室青年研究员万兵兵博士为第一作者，刘满强教授为通讯作者。团队胡锋教授、陈小云教授、硕士毕业生黎铭钰、博士生宋园园、杨倩，以及怀卡托大学（University of Waikato）的Andrew D. Barnes博士共同参与或指导了该项工作。该研究得到国家自然科学基金（42177286, 42307393）、中国博士后科学基金 （2023M731729）以及江苏省卓越博士后人才资助（2023ZB010）项目的联合资助。

参考文献

Wan, B., Barnes, A.D., Potapov, A., Yang, J., Zhu, M., Chen, X., Hu, F., Liu, M., 2024. Altered litter stoichiometry drives energy dynamics of food webs through changing multiple facets of soil biodiversity. Soil Biology and Biochemistry 191, 109331.

Wan, B., Hu, Z., Liu, T., Yang, Q., Li, D., Zhang, C., Chen, X., Hu, F., Kardol, P., Griffiths, B.S., Liu, M., 2022a. Organic amendments increase the flow uniformity of energy across nematode food webs. Soil Biology and Biochemistry 170, 108695.

Wan, B., Liu, T., Gong, X., Zhang, Y., Li, C., Chen, X., Hu, F., Griffiths, B.S., Liu, M., 2022b. Energy flux across multitrophic levels drives ecosystem multifunctionality: Evidence from nematode food webs. Soil Biology and Biochemistry 169, 108656.

Liu, T., Chen, X., Gong, X., Lubbers, I.M., Jiang, Y., Feng, W., Li, X., Whalen, J.K., Bonkowski, M., Griffiths, B.S., Hu, F., Liu, M., 2019. Earthworms Coordinate Soil Biota to Improve Multiple Ecosystem Functions. Current Biology 29, 3420-3429.

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2024.109705

编辑：万兵兵

校正：朱梦一，刘满强

审核：刘满强