地膜覆盖与增施氮肥对土壤微食物网的生态效应及调控机制研究

推荐：本研究针对长期地膜覆盖(PFM)和高氮施肥对土壤微食物网(含线虫-微生物互作)的影响机制这一关键科学问题，通过双因素田间试验(+/-PFM × 0/135/270 kg N ha-1 yr-1)，揭示了PFM通过提升土壤温度降低物种丰富度和网络连通性，而高氮(N270)通过NH4+-N积累抑制生物量碳并促进细菌主导分解通道，为农业生态可持续管理提供理论依据。

　　

在当代农业生产中，地膜覆盖(Plastic film mulching, PFM)技术因其显著的保墒增温效果被广泛采用，全球应用面积已超过2000万公顷。然而，这种"白色革命"背后隐藏着生态隐忧——长期PFM会改变土壤物理化学性质，加速塑料残留物积累，可能对地下生态系统产生深远影响。与此同时，为追求高产而不断增加的氮肥施用量(中国部分地区高达300 kg ha^-1 yr^-1)，正在引发土壤酸化、生物多样性下降等一系列连锁反应。土壤微食物网作为连接微生物与线虫的复杂营养网络，在调控养分循环和维持生态系统功能中扮演着关键角色，但PFM与氮肥交互作用对其影响机制仍不清楚。

针对这一科学空白，沈阳农业大学Zhiyong Zhang团队在《Geoderma》发表了创新性研究。团队设计了两因素田间试验：设置地膜覆盖(+PFM)与不覆盖(-PFM)两种处理，结合三个氮肥水平(0、135、270 kg N ha^-1 yr^-1)，在玉米三个生长阶段(苗期、拔节期、灌浆期)采集样品。研究整合磷脂脂肪酸(PLFA)分析和18S rDNA高通量测序技术，定量了微生物和线虫群落；通过计算生物量碳、网络连通性(Connectance)和线虫通道比(Nematode channel ratio, NCR)等指标，系统评估了微食物网结构与功能。

土壤特性变化

研究发现+PFM使土壤温度(ST)平均升高4.9%，持水量(WHC)增加31.04%，同时降低容重(BD)并提高pH值。高氮处理(N₂₇₀)显著增加NH₄⁺-N和NO₃^--N含量，但使pH降低0.5个单位。值得注意的是，+PFM处理下NH₄⁺-N浓度比-PFM高28.6%，暗示地膜可能抑制了硝化作用。

微食物网响应

地膜覆盖使物种丰富度降低7.41%，网络连通性下降19.2%。高氮处理(N₂₇₀)导致生物量碳比N₀降低1.2倍，网络连通性锐减41.38%。特别重要的是，NCR值在N₂₇₀下达到0.61，表明系统从真菌主导(N₀的NCR=0.37)转向细菌主导的分解通道。

驱动机制解析

结构方程模型(SEM)揭示：PFM主要通过提升土壤温度负调控微食物网，而高氮通过NH₄⁺-N积累产生更强抑制效应。冗余分析(RDA)确认ST和NH₄⁺-N是重构微食物网的主导因子，分别解释变异的32.7%和18.4%。

这项研究首次系统阐明了农业管理措施通过改变非生物因子调控土壤微食物网的级联机制。实践层面，建议将氮肥用量控制在135 kg ha^-1以下，并研发可降解地膜以减轻生态风险。理论层面，建立的"温度-铵氮-食物网"响应模型为预测全球变化下土壤生态系统功能提供了新框架。未来研究可结合同位素示踪技术，量化不同管理模式下碳氮在食物网中的传递效率，为可持续农业提供更精准的调控策略。