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中大研究团队新发现,它们是土壤健康“好帮手”
2025-02-21   来源:中山大学 广州日报 科学大院   

土壤

并不是我们传统意义上

所认为的是“死的”

它是由土壤本身和

大量生物共同构成的

活的有机整体

中大研究团队新发现,它们是土壤健康“好帮手”

如果捧起一克土,里面可能有一千种细菌和一百种无脊椎动物。土壤生态系统中的生物和非生物作用形成了植物、土壤动物等周而复始的循环,而这一循环的实现,离不开土壤生物多样性。

近日,中山大学生态学院储诚进教授团队在《自然》(Nature)杂志发表论文,研究显示,白蚁、蚂蚁和蚯蚓等土壤无脊椎动物具有提升土壤肥力、改善土壤质地和促进作物产量的生态系统功能,对促进全球元素循环、物质降解和生物多样性维持具有重要作用。这一研究为应对气候变暖和促进生态修复提供了全新思路。

中大研究团队新发现,它们是土壤健康“好帮手”

土壤健康的“好帮手”

白蚁、蚂蚁和蚯蚓等土壤无脊椎动物广泛分布于全球多个生态系统中,它们通过土壤扰动产生蚁丘、泥被或蚯蚓粪等独特生物构造,在养分循环和生物多样性维持等多种生态系统过程中发挥重要作用,被誉为“生态系统工程师”。研究结果显示,在全球尺度上,白蚁、蚂蚁和蚯蚓的土壤活动均可以显著提升土壤碳、氮、磷、钾、钙、钠、镁等主要养分含量,还能提升土壤电导率、土壤呼吸速率、微生物生物量以及植物生物量等多个指标。

中大研究团队新发现,它们是土壤健康“好帮手”

白蚁丘:白蚁类群产生的生物构造示意图

“我们历时1年,搜集筛选出来自全球6个大洲的1047篇相关文献,从中提取12975条数据记录进行荟萃分析。”团队研究发现,随着年均气温的升高,白蚁对土壤呼吸和植物生物量、蚯蚓对土壤氮磷含量的促进作用均有提高。而蚂蚁对土壤氮磷含量、植物生物量和植物存活率的促进作用则随植物生物量的升高而降低,并在中纬度地区达到峰值。进一步分析表明,白蚁通过缓解热带地区磷养分限制进而促进植物生长,蚂蚁则通过缓解温带地区氮养分限制促进植物生长。

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蚂蚁丘:蚂蚁类群产生的生物构造示意图

这意味着,未来气候变暖可能会通过促进白蚁活动从而提升土壤呼吸和植物生产力,应当重视白蚁的土壤工程师效应对碳循环和碳源汇动态的影响。此外,在不同气候区可以保护和添加特定的土壤无脊椎动物类群,帮助富集特定养分,促进作物生长。

目前,全球土壤无脊椎动物正面临“无声的灭绝”,在人类活动和气候变化的影响下,土壤无脊椎动物数量锐减,而相应的调查和保护却严重不足。“我们的研究表明,保护土壤无脊椎动物,将有助于提升农业生产,应对气候变暖,促进生态修复,实现可持续发展。”储诚进教授说。

地球生态系统的“守护者”

土壤中蕴含着世界四分之一的生物多样性,是地球多样性最丰富的生境之一。正是因为有着如此丰富的土壤生物资源,才造就了生生不息的大自然。土壤是生物多样性的动态储藏库,微生物、动物、植物之间的相互作用为人类提供了许多好处,那么土壤生物究竟做了什么?

生物形成了土壤结构。这种土壤结构并不是单一的颗粒肥料的结合,而是土壤动物通过活跃的运动、取食等作用,影响土壤中气体交换,有害物质的分解、转化,有机物质分泌、矿化和硝化速率等,从而改变土壤的团粒结构。

中大研究团队新发现,它们是土壤健康“好帮手”

例如土壤无脊椎动物可以通过集中搬运和加快凋落物分解等途径,提升土壤中主要养分的含量,增强土壤肥力;通过掘穴活动、搬运粘土、混合土壤和身体分泌物等多种方式改善土壤质地,提升土壤透气性和持水能力;可以促进凋落物和土壤有机质分解,刺激土壤微生物分泌的胞外酶活动,促进氮磷等养分循环;还能够通过上述作用,为其他生物类群提供适宜的栖息地和食物资源,从而提升微生物、植物和动物的生物量和多样性。

而植物在不同的土壤生境中,其根系分泌物作为营养为微生物的生长提供着各种底物和能源。典型表现在:一方面,互惠互利,与根瘤菌建立共生关系,改变植物生长的微环境,从而构建有益于农作物生长的有益土壤生物群落;另一方面,相互敌对,土壤中存在一些抗性微生物,它们产生的抗生素,能抑制病原微生物的繁殖,这样就预防了土壤中病原微生物对作物的危害。

另外,土壤生物与人类生活息息相关,在解决粮食安全、环境污染、气候变化等全球重大问题方面起着关键作用。例如,土壤动物中的捕食类群如蜘蛛和步甲等,对农业害虫的控制可以显著提高粮食产量;河流底泥的土壤生物与水体有害物质的分解转化、水体富营养化等方面都有着紧密联系;土壤中的微生物和动物可以通过自身呼吸和对土壤基质的利用,显著影响湿地、森林和农田中的温室气体排放。

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土壤中的捕食者对控制农业害虫有重要作用

如此珍贵的土壤生物,对于我们而言是天赐的礼物。当你下次踏入泥土地的时候,别忘了向脚下的小生物们,温柔地道声谢谢。毕竟,多亏了它们的辛勤工作,才让我们享有了这一方沃土。

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标签:土壤 健康 生物

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