近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院土壤微生物生態(tài)與環(huán)境健康課題組在土壤多重環(huán)境脅迫生態(tài)效應(yīng)方面取得方面取系列進(jìn)展，相關(guān)成果分別以“Vulnerability of soil food webs to chemical pollution and climate change”與“Negative impacts of global change stressors permeate into deep soils”為題發(fā)表于Nature Ecology & Evolution和Ecology Letters。

環(huán)境污染、氣候變化等顯著影響土壤生物多樣性與食物網(wǎng)，進(jìn)而影響生態(tài)系統(tǒng)功能。盡管土壤多營(yíng)養(yǎng)級(jí)網(wǎng)絡(luò)具有緩沖環(huán)境脅迫潛力，但在氣候變化背景下，土壤污染對(duì)食物網(wǎng)的影響機(jī)制仍不清楚。本研究系統(tǒng)分析了環(huán)境污染與氣候變化因子多重脅迫對(duì)土壤生物多樣性、食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性的綜合效應(yīng)，并強(qiáng)調(diào)在評(píng)估土壤生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性時(shí)，應(yīng)充分考慮化學(xué)污染的作用機(jī)制與生態(tài)效應(yīng)（圖1）。在此基礎(chǔ)上，提出了基于土壤食物網(wǎng)理論的多目標(biāo)協(xié)同調(diào)控概念框架：1）以微生物組調(diào)控為核心，強(qiáng)化土壤食物網(wǎng)基底，同步減少氣候變化與環(huán)境污染脅迫；2）基于功能補(bǔ)償機(jī)制，重構(gòu)關(guān)鍵功能類群和頂級(jí)捕食者，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)健性和冗余度；3）通過化學(xué)信號(hào)介導(dǎo)的種間互作調(diào)控，優(yōu)化營(yíng)養(yǎng)級(jí)間能量流動(dòng)阻控污染物傳遞。該框架為緩解多重脅迫效應(yīng)、提升土壤功能穩(wěn)定性提供了重要理論依據(jù)。

圖1 化學(xué)污染與氣候變化對(duì)土壤食物網(wǎng)及生態(tài)系統(tǒng)功能的復(fù)合脅迫效應(yīng)

然而，多重脅迫對(duì)土壤剖面的生態(tài)效應(yīng)仍不明確。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步在全國(guó)44生態(tài)系統(tǒng)采集了0-1 m土壤剖面樣品，聚焦氣候變化、人類活動(dòng)、土壤污染與退化相關(guān)的8類全球變化脅迫因子與6種關(guān)鍵生態(tài)功能，基于多脅迫閾值法與平均多功能指數(shù)等，探究了土壤生態(tài)功能與全球變化的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)多脅迫生態(tài)效應(yīng)可以滲透到深層土壤，隨著多重脅迫因子數(shù)量的增加，土壤全剖面的生態(tài)多功能性顯著下降（圖2）。其中，多重脅迫數(shù)量對(duì)深層土壤多功能性變異的解釋量最大，且在中等脅迫水平（即脅迫強(qiáng)度超過最大觀測(cè)值的50%）時(shí)，其負(fù)效應(yīng)最為顯著。此外，不同情景分析表明，多脅迫因子數(shù)量高的環(huán)境中，單一氣候脅迫因子對(duì)生態(tài)功能的負(fù)效應(yīng)進(jìn)一步被放大，且該“脅迫增強(qiáng)效應(yīng)”在深層土壤中尤為顯著。這些結(jié)果在全國(guó)尺度上闡明了多重脅迫對(duì)土壤生態(tài)功能的影響特征，為土壤生態(tài)系統(tǒng)多功能服務(wù)的維持和可持續(xù)管理提供重要理論依據(jù)。

圖2 多重脅迫對(duì)土壤多功能性的影響

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院劉玉榮教授和文書海博士后為論文第一作者，劉玉榮、中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心朱永官院士和為西班牙國(guó)家研究委員會(huì)塞維利亞自然資源和農(nóng)業(yè)生物學(xué)研究所Manuel Delgado-Baquerizo教授為論文共同通訊作者。澳大利亞西悉尼大學(xué)Brajesh K. Singh教授、Tadeo Sáez-Sandino博士、德國(guó)柏林自由大學(xué)Matthias C. Rillig教授、西班牙阿利坎特大學(xué)Emilio Guirado博士、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)譚文峰教授、黃巧云教授、郝秀麗副教授、馮嬌副研究員、陳家贏副教授、研究生郝蕓蕓、張文、劉鐘文也參與了研究。研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和華中農(nóng)業(yè)大學(xué)人才項(xiàng)目資助。