近日，華中農業大學資源與環境學院土壤微生物生態與環境健康課題組在土壤多重環境脅迫生態效應方面取得方面取系列進展，相關成果分別以“Vulnerability of soil food webs to chemical pollution and climate change”與“Negative impacts of global change stressors permeate into deep soils”為題發表于Nature Ecology & Evolution和Ecology Letters。

環境污染、氣候變化等顯著影響土壤生物多樣性與食物網，進而影響生態系統功能。盡管土壤多營養級網絡具有緩沖環境脅迫潛力，但在氣候變化背景下，土壤污染對食物網的影響機制仍不清楚。本研究系統分析了環境污染與氣候變化因子多重脅迫對土壤生物多樣性、食物網結構及其穩定性的綜合效應，并強調在評估土壤生態系統穩定性時，應充分考慮化學污染的作用機制與生態效應（圖1）。在此基礎上，提出了基于土壤食物網理論的多目標協同調控概念框架：1）以微生物組調控為核心，強化土壤食物網基底，同步減少氣候變化與環境污染脅迫；2）基于功能補償機制，重構關鍵功能類群和頂級捕食者，增強網絡穩健性和冗余度；3）通過化學信號介導的種間互作調控，優化營養級間能量流動阻控污染物傳遞。該框架為緩解多重脅迫效應、提升土壤功能穩定性提供了重要理論依據。

圖1 化學污染與氣候變化對土壤食物網及生態系統功能的復合脅迫效應

然而，多重脅迫對土壤剖面的生態效應仍不明確。研究團隊進一步在全國44生態系統采集了0-1 m土壤剖面樣品，聚焦氣候變化、人類活動、土壤污染與退化相關的8類全球變化脅迫因子與6種關鍵生態功能，基于多脅迫閾值法與平均多功能指數等，探究了土壤生態功能與全球變化的關系。發現多脅迫生態效應可以滲透到深層土壤，隨著多重脅迫因子數量的增加，土壤全剖面的生態多功能性顯著下降（圖2）。其中，多重脅迫數量對深層土壤多功能性變異的解釋量最大，且在中等脅迫水平（即脅迫強度超過最大觀測值的50%）時，其負效應最為顯著。此外，不同情景分析表明，多脅迫因子數量高的環境中，單一氣候脅迫因子對生態功能的負效應進一步被放大，且該“脅迫增強效應”在深層土壤中尤為顯著。這些結果在全國尺度上闡明了多重脅迫對土壤生態功能的影響特征，為土壤生態系統多功能服務的維持和可持續管理提供重要理論依據。

圖2 多重脅迫對土壤多功能性的影響

華中農業大學資源與環境學院劉玉榮教授和文書海博士后為論文第一作者，劉玉榮、中國科學院生態環境研究中心朱永官院士和為西班牙國家研究委員會塞維利亞自然資源和農業生物學研究所Manuel Delgado-Baquerizo教授為論文共同通訊作者。澳大利亞西悉尼大學Brajesh K. Singh教授、Tadeo Sáez-Sandino博士、德國柏林自由大學Matthias C. Rillig教授、西班牙阿利坎特大學Emilio Guirado博士、華中農業大學譚文峰教授、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。研究得到了國家自然科學基金和華中農業大學人才項目資助。