多营养级的生物多样性驱动了亚热带生态系统中的土壤磷释放过程

《Journal of Advanced Research》：Multitrophic biodiversity drives soil phosphorus mobilization in subtropical ecosystems

磷动员能力与多 trophic 生物多样性及互作在喀斯特与非喀斯特地区 cropland-to-forest 转变中的研究。通过 latitudinal transect 设计，分析不同 lithology 下土壤磷 fractions（labile, moderate, stable）及生物驱动机制，发现喀斯特 forest labile P 增加43.8%，多 trophic 网络复杂性与气候变暖协同增强磷解吸酶活性，但稳定 P 损耗显著。结论强调 lithology 与 trophic 互作在缓解土壤磷限制中的关键作用。

　　本研究探讨了在亚热带西南中国不同地质背景下，农田向森林演替过程中多营养级生物多样性和营养级相互作用如何影响土壤磷（P）的动员能力。研究发现，农田转变为森林显著提高了喀斯特地区土壤中可溶性磷的含量，但在喀斯特和非喀斯特地区，土壤中中等可溶性和稳定磷的含量分别减少了62.6–79.1%和34.8–36.6%。这表明，尽管森林土壤具有更高的生物多样性，但其磷的可利用性仍然受到植物和微生物高效吸收以及矿物结合的限制。

在喀斯特土壤中，由于较高的pH值和丰富的钙镁含量，土壤磷的可利用性通常较低，而这种土壤环境也促进了更复杂的生物相互作用。研究发现，喀斯特地区的多营养级生物多样性比非喀斯特地区更高，这可能与土壤中较高的碱性条件有关。此外，气候变暖通过增加碱性磷酸酶活性，进一步增强了森林土壤中生物磷动员的能力。这一发现揭示了植物和土壤线虫在促进微生物磷动员中的关键作用。

研究还发现，土壤线虫的捕食行为与土壤水分和温度密切相关。在农田中，由于频繁的耕作活动破坏了土壤结构，导致土壤水分保持能力下降，从而抑制了线虫的捕食活动。然而，在森林生态系统中，尽管温度升高可能加速水分蒸发，但植被覆盖和有机层的增加有助于维持土壤水分，从而支持线虫的活动。研究指出，森林土壤中线虫的捕食行为不仅影响微生物的活动，还通过食物链的级联效应影响磷的动员过程。

在多营养级相互作用网络中，研究发现，喀斯特森林的网络复杂性和稳定性不如非喀斯特森林。这可能是因为喀斯特地区土壤结构较为脆弱，容易受到人类活动的干扰，如耕作和森林砍伐，这些活动导致了生物多样性的减少和磷资源的流失。因此，保护喀斯特地区的土壤生物多样性和磷资源，对于维持其生态系统功能至关重要。

研究还强调了土壤磷循环中的生物因素和非生物因素的相互作用。例如，生物磷动员能力与土壤中总磷、有机磷和可溶性磷的含量密切相关，而这些因素又受到气候条件和土壤理化性质的影响。研究结果表明，多营养级生物多样性和复杂的相互作用网络在促进土壤磷动员方面具有重要作用，但这些作用可能受到环境变化的限制。

此外，研究指出，喀斯特地区的土壤磷动员能力受到钙镁诱导的磷螯合效应的显著影响，而森林生态系统则通过高效的磷动员-吸收协调机制克服了这一限制。这些发现为理解亚热带生态系统中磷限制的缓解机制提供了新的视角，也为全球变化背景下的农业和森林生态系统管理提供了科学依据。

最后，研究还讨论了其方法论上的局限性，包括在计算能量流动时使用环境温度和估计的鲜重数据，以及忽略了土壤线虫的捕食偏好。这些因素可能导致对土壤磷动员的预测存在不确定性。未来的研究应进一步整合线虫体大小动态、活体生物量和不同温度和降水梯度下的营养级偏好，以构建更全面的模型。研究结果对于促进农业可持续性和支持退化生态系统的恢复具有重要的实际意义。