近日，南京农业大学土壤生态团队在盐碱地土壤食物网结构与氮循环的关系上取得研究进展。相关成果以“Trophic reorganization may contribute to shifts in nitrogen transformations following alleviation of saline alkaline stress”为题，发表于Nature Portfolio旗下期刊Communications Earth & Environment。研究从土壤微生物、原生生物和线虫共同构成的土壤微食物网多营养级关系词出发，揭示了长期农业开垦缓解盐碱胁迫后，地下生物组织方式与氮矿化、硝化潜力同步变化的生态过程，为理解盐碱地功能恢复提供了新的生物学视角。
土壤盐渍化是全球最广泛、最具挑战性的土地退化类型之一。全球超过10亿公顷土地受到盐分或钠化影响，且这一范围仍在气候变化、不合理灌溉和地下水位变化等因素作用下持续扩大。盐碱胁迫不仅造成离子毒害、渗透胁迫和极端pH，还会破坏土壤结构、降低养分有效性，限制农业生产和其它生态系统功能。随着粮食需求增长，将边际盐碱地恢复为可持续利用的农业土壤，已成为保障耕地资源和提升退化土地生产能力的重要途径。氮素转化决定作物生产力及氮损失风险，是评价盐碱地功能恢复程度的关键过程。长期以来，相关研究主要关注细菌、真菌或某一类氮循环功能基因，较少把微生物放到多营养级共存的土壤微食物网中考察。实际上，微型土壤动物如原生生物和线虫能够通过捕食调节细菌和真菌周转，促进被微生物固定的养分重新释放。盐碱胁迫是否会切断这些跨营养级联系，缓解盐碱胁迫又能否通过恢复土壤微食物网促进氮循环，仍缺乏系统的野外证据。这一研究短板限制了学界从“改善土壤理化性质”到“恢复地下生物调控功能” 的认识。
研究团队在中国东北松嫩平原西部选择10个代表性样点，对自然苏打盐碱土与相邻、连续种植玉米40年以上的盐碱地开垦农田进行成对调查，共获得30对、60个土壤样品（图1）。研究综合采用土壤理化分析、氮矿化与硝化潜力测定、线虫形态鉴定、16S/ITS/18S扩增子测序、宏基因组测序、条件关联网络、随机森林和结构方程模型等方法，从环境胁迫、土壤资源、地下生物多样性、跨营养级关联和氮循环功能潜力等多个层面开展综合解析。主要研究结果表明，长期开垦农田的交换性钠百分比、碳酸盐—碳酸氢盐含量和pH显著降低，土壤水分及碳、氮、磷等资源条件明显改善。与自然苏打盐碱土相比，开垦农田的氮矿化速率和硝化潜力分别提高118.2%和72.3%，表明盐碱胁迫缓解与氮转化功能恢复同步发生（图1）。
图1. 松嫩平原采样分布以及自然苏打盐碱土与开垦农田的土壤性质和氮转化差异
与此同时，地下生物群落并非简单地整体增加，而是发生了具有营养级差异的重组（图2）。开垦农田中自由生活线虫和原核生物丰度显著提高，线虫、消费者原生生物和原核生物的丰富度增加；真菌丰富度则在自然盐碱土中更高。条件关联网络进一步显示，开垦后的微食物网保留了更多跨类群关联，并具有较高的平均连接度、跨域连接度和模块化程度，但不同消费者—微生物关联的变化方向并不一致，说明开垦带来的是食物网结构重组，而非所有联系的普遍增强。
图2. 自然苏打盐碱土与开垦农田中线虫、消费者原生生物、真菌和原核生物群落分异
宏基因组的数据表明，开垦农田土壤中氨同化、氨化和硝化相关基因的相对贡献较高，而自然苏打盐碱土中反硝化相关基因的相对贡献较高。消费者与氮循环基因之间的统计关联在开垦农田中更为丰富，其中原生生物表现尤为突出。综合的机制模型显示，盐碱胁迫不仅与氮转化过程直接相关，还可能通过改变土壤资源条件、微生物群落和微食物网属性，间接关联氮矿化与硝化潜力（图3）。因此，盐碱地功能恢复伴随着微生物、原生生物和线虫之间跨营养级组织方式的系统重构，这填补了盐碱地开垦过程中微食物网如何关联氮转化变化的认识空白。
图3. 盐碱胁迫、土壤资源、微食物网及氮循环微生物组与氮矿化和硝化潜力的关联模型
该研究将盐碱地氮循环研究推进到土壤食物网多营养级联系的综合机制框架，为盐碱地治理实践提供了新的评价维度。未来的盐碱地改良与农业利用将理化改良与地下食物网恢复相结合，有望提高氮素利用效率和土壤功能稳定性，并为盐碱地长期、可持续利用提供更完整的科学依据。需要指出的是，本研究揭示的是微生物及其消费者多样性跨营养级的野外共变关系，跨营养级作用的方向和因果机制仍需通过消费者调控、稳定同位素示踪及功能组学等研究途径进一步验证。
土壤生态实验室孙祥鑫博士为论文第一作者，刘满强教授为通讯作者。荷兰瓦赫宁根大学Stefan Geisen教授、中国科学院南京土壤研究所张丽燕博士、美国佛罗里达大学赵俊博士、中国科学院东北地理与农业生态研究所胡晓婧博士，以及南京农业大学胡锋教授、陈小云教授、胡正锟博士等参与了该研究。该研究得到国家自然科学基金（42407415、32301434）、国家重点研发计划（2022YFD1500203）、江苏省自然科学基金（BK20241555、BK20230950）、中国博士后科学基金（2022M721645）和江苏省卓越博士后计划（2023ZB244）的共同资助。
原文链接：https://doi.org/10.1038/s43247-026-04102-w
编辑：孙祥鑫
校正：朱梦一，刘满强
审核：刘满强
