《Applied Soil Ecology》：Toward an assessment of multiple soil taxa and their interactions in alternative and transitioning cropping systems
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为评估不同农业系统对土壤生物多样性的影响，研究人员开展了为期两年的田间研究，比较传统、有机和保护性农业系统对土壤微生物、中大型动物的密度与多样性影响。研究发现保护性农业显著促进弹尾目、鞘翅目幼虫等类群密度，而有机农业提升真菌多样性；结构方程模型揭示耕作强度对土壤食物网具级联效应。该研究为优化可持续农业管理提供了重要依据。
在当今全球变化背景下，发展能够促进土壤生物多样性的种植系统对保障可持续农业生产至关重要。然而，集约化农业系统通过高强度化学和物理干扰，导致土壤生物密度和多样性下降，进而威胁土壤健康与生态系统功能。尽管有机农业和保护性农业等替代系统被提出以减轻这些压力，但它们对土壤多类群生物的影响及类群间的相互作用尚不明确。特别是在系统转换的过渡期，土壤生物群落的响应动态更缺乏深入研究。此外，现有研究多聚焦单一类群，对土壤食物网中多营养级互作关系的认识仍显不足。
为填补这些知识空白，由Juliette Chassain领衔的研究团队在《Applied Soil Ecology》上发表了最新研究成果。该研究在巴黎盆地（法国）的21个田间点位开展了连续两年的观测，系统比较了传统（Conv）、有机（OA）和保护性农业（CA）系统（包括长期建立≥7年和过渡期≤3年的系统）对土壤微生物、中大型动物多个类群的影响。研究通过计算效应量（Hedges' g）比较不同系统间类群密度或多样性的差异，并采用分段结构方程模型（pSEM）分析农业实践强度（耕作、农药处理、有机质投入）与土壤营养类群间的因果关系。
研究团队综合运用了多种关键技术方法。土壤微生物（细菌、真菌）的密度通过实时定量PCR（qPCR）技术定量16S和18S rRNA基因拷贝数进行评估，多样性则通过高通量测序（16S rRNA基因和ITS2区域）分析。土壤中大型动物（弹尾目、螨类、蚯蚓等）采用物理提取法（MacFayden提取器）和手拣法收集，并进行分类鉴定与生物量测定。实践强度指标（耕作强度Itill、农药处理强度Itreat、五年有机质投入次数nbOrg）则通过复合指数进行量化。统计分析采用广义线性模型（GLM）比较系统间差异，并利用piecewiseSEM包构建结构方程模型，揭示变量间的直接与间接路径。
研究结果通过多个层面揭示了不同农业系统对土壤生物群落的影响：
在微生物响应方面，长期保护性农业（CA）对真菌丰度（10–20 cm深度）产生显著负效应，而过渡期有机系统（Conv-OA）显著提升真菌多样性。细菌丰度在不同系统间无显著差异，但有机系统（OA）表现出促进细菌密度的趋势。
中大型动物群落对管理措施的响应更为明显。保护性农业（CA）显著提高了弹尾目（Collembola）、鞘翅目幼虫（Coleoptera larvae）和腹足类（Gastropoda）的密度，以及蚯蚓（Lumbricina）的生物量。过渡期保护系统（Conv-CA）同样对鞘翅目幼虫密度和蚯蚓密度/生物量有显著正效应。然而，从保护性向有机农业的转换（CA-OA）导致蜘蛛目（Araneae）密度显著下降，并影响弹尾目多样性。
总体效应分析显示，保护性农业（CA）和过渡期保护系统（Conv-CA）对土壤生物密度具有显著正效应（效应量ES分别为0.44和0.36），有机农业（OA）也有中等正效应（ES=0.28）。相反，从保护转向有机的系统（CA-OA）表现出显著负效应（ES=-0.45）。
结构方程模型（pSEM）进一步揭示了实践强度与土壤生物互作的内在机制。耕作强度（Itill）对土壤有机质（SOM）和土壤动物（如中大型食碎屑动物）密度有直接负效应，并通过中大型食碎屑动物密度的变化，间接影响中大型捕食者类群。有机质投入（nbOrg）则直接促进SOM和大型食碎屑动物密度。中大型食碎屑动物（如弹尾目、甲螨）在土壤食物网中占据核心位置，其密度变化显著影响捕食者类群。农药处理强度（Itreat）的影响相对较弱，仅与大型捕食者呈微弱正相关。
研究结论强调，保护性农业和有机农业通过不同的机制影响土壤生物群落：保护性农业主要通过减少物理干扰（如免耕）促进中大型动物类群，而有机农业则通过有机质投入提升微生物多样性。耕作强度是影响土壤生物的最强负面因子，其效应通过土壤食物网进行级联传递。过渡期系统的生物响应表明，农业实践的改变可能引发土壤群落的短期波动，其长期稳定性需进一步监测。
该研究的创新之处在于同时评估了多类群土壤生物在不同农业系统（包括过渡期）中的响应，并采用结构方程模型量化了实践强度对土壤食物网的影响路径。结果不仅证实了替代性农业系统在促进土壤生物多样性方面的潜力，也警示了系统转换过程中可能出现的群落失衡风险。这为设计兼顾生物多样性保护与农业生产力的可持续农业系统提供了重要科学依据，尤其对正在推动农业绿色转型的决策者和生产者具有实践指导意义。未来研究需结合长期观测与多营养级能量流分析，进一步揭示土壤生物互作对生态系统功能的调控机制。
