土壤动物对微生物生物量、凋落物和人工土壤有机质的同化作用追踪：基于多资源稳定同位素标记的研究

为解决土壤食物网中能量流动和养分循环的关键科学问题，研究人员采用13C和15N双标记技术，首次通过人工矿质结合有机质（a-MaOM）模型，揭示了温带森林生态系统中土壤中、大型动物对微生物生物量、凋落物和稳定有机质的差异化利用模式，为土壤碳氮循环机制提供了新见解。

　　

土壤是地球上最复杂的生态系统之一，其中生活着数量庞大的微生物和动物群落。这些微小的生物虽然不起眼，却在有机质分解和养分循环中扮演着关键角色。然而，长期以来，科学家们一直面临一个难题：不同类型的土壤动物究竟如何利用各种有机资源？它们对"快速"资源（如微生物）和"缓慢"资源（如凋落物和稳定有机质）的利用是否存在差异？这些问题对于理解土壤食物网中的能量流动和养分循环机制至关重要。

为了回答这些问题，德国亥姆霍兹环境研究中心（Helmholtz Centre for Environmental Research - UFZ）的研究团队开展了一项创新性研究。他们采用稳定同位素双标记技术，首次将人工矿质结合有机质（a-MaOM）引入土壤食物网研究，追踪了温带森林生态系统中土壤中、大型动物对微生物生物量、凋落物和稳定有机质的同化过程。这项研究发表在《European Journal of Soil Biology》上，为理解土壤生态系统的功能提供了新的视角。

研究人员主要采用了四种关键技术方法：1）¹³C和¹⁵N双标记微生物生物量培养；2）创新性地开发了人工矿质结合有机质（a-MaOM）制备方法；3）建立田间中宇宙实验系统；4）利用稳定同位素质谱分析技术追踪标记元素的流动。实验在德国莱比锡的山毛榉林中开展，持续33天，通过三次采样分析标记元素的去向。

研究结果部分：

1. 标签吸收特征
   研究发现，中动物（如跳虫和甲螨）在标记后3天内就快速吸收了来自细菌和真菌的¹³C和¹⁵N标记，证实它们是土壤食物网中主要的微生物消费者。相比之下，大型动物在整个实验期间几乎没有表现出标记吸收。

2. 时间动态变化
   标记吸收呈现明显的时间动态：¹³C信号在33天后基本消失，而¹⁵N信号持续存在，表明氮在土壤食物网中的滞留时间更长。

3. 不同资源的利用差异
   令人意外的是，无论是中动物还是大型动物，都没有表现出对标记凋落物或a-MaOM的明显吸收，这可能与这些资源的难降解特性有关。

4. 方法学创新
   研究成功开发了稳定同位素标记的a-MaOM制备方法，为未来研究稳定有机质在土壤食物网中的去向提供了新工具。

在讨论部分，作者强调了几个重要发现：首先，中动物作为微生物的主要消费者，可能在"热点"和"热点时刻"调控微生物群落方面发挥关键作用。其次，大型动物可能更倾向于利用其他未被识别的资源，或者它们的代谢周转较慢，导致在短期内难以检测到标记吸收。最后，a-MaOM的低生物可利用性表明，矿质结合有机质在短期内可能不是土壤动物的主要食物来源。

这项研究的重要意义在于：一方面，它首次将多种资源（包括创新的a-MaOM模型）纳入同一个实验系统进行比较研究；另一方面，它揭示了土壤中、大型动物在资源利用上的明显分化，为理解土壤食物网的结构和功能提供了新的证据。未来研究可以延长实验时间，纳入更多动物类群，并改进a-MaOM的制备方法，以更全面地揭示土壤有机质周转的复杂过程。