植物多样性改变温带草地跳虫营养级：土壤历史与豆科植物的关键作用

《Applied Soil Ecology》：Plant diversity changes the trophic position of Collembola in temperate grassland

本研究针对生物多样性丧失威胁土壤分解功能的问题，通过稳定同位素分析(δ13C、δ15N)探究温带草地跳虫营养级对植物多样性的响应。研究发现跳虫营养位主要受土壤历史和豆科植物存在影响，Onychiuroidea在新生土壤中随植物多样性增加营养级提升约1级，揭示了地下分解者营养可塑性对生态系统功能的调控意义。

　　

当全球生物多样性正以前所未有的速度衰退时，人类赖以生存的生态系统服务功能也面临着严峻挑战。在众多生态过程中，分解作用作为养分循环的关键环节，其效率与生物多样性之间存在千丝万缕的联系。然而，长期以来，研究者们更多关注地上植物多样性对生产力的影响，而对地下"暗物质世界"——土壤食物网的响应机制知之甚少。特别是在温带草地生态系统中，作为土壤分解者重要代表的跳虫(Collembola)如何调整其营养策略以适应植物多样性变化，这一科学问题始终笼罩在迷雾之中。

正是在这样的背景下，德国哥廷根大学的研究团队在《Applied Soil Ecology》上发表了创新性研究成果。他们依托耶拿实验(Jena Experiment)这一长期草地生物多样性实验平台，首次系统揭示了跳虫营养级对植物多样性的响应规律，并发现土壤历史比植物历史对跳虫营养位的影响更为显著。这一发现为理解生物多样性-生态系统功能(BEF)关系提供了全新的地下视角。

研究团队采用的关键技术方法主要包括：在耶拿实验平台的240个样地中进行系统采样，利用热提取法(Kempson法)收集土壤动物，通过稳定同位素分析技术测定δ¹³C和δ¹⁵N值，并运用线性混合效应模型(LMM)进行统计分析。这些方法的综合运用确保了研究结果的科学性和可靠性。

研究结果方面，首先在"跳虫营养位特征"部分发现：五个跳虫科(Entomobryidae、Hypogastruridae、Isotomidae、Katiannidae和Onychiuroidea)的Δ¹⁵N值跨度达3.2‰，相当于约一个营养级，而Δ¹³C值仅变化0.6‰，表明跳虫主要占据土壤食物网的第一、二级营养层，且基础资源利用范围相对狭窄。

在"植物多样性与功能群影响"方面，研究显示豆科植物的存在使跳虫Δ¹⁵N值从0.3‰显著提升至1.3‰，这源于豆科植物通过根际沉积为土壤食物网输入生物固氮。而植物物种丰富度本身对跳虫营养位的影响较弱，但与土壤历史存在显著交互作用。

最为关键的发现体现在"土壤历史的主导作用"上：具有土壤历史(即长期未受干扰)的样地中，跳虫Δ¹⁵N值比新生土壤高约0.5‰，表明其营养级更高。特别值得注意的是，Onychiuroidea在新生土壤中随植物多样性从单种增至60种，Δ¹⁵N值从-1‰升至2‰，相当于提升一个营养级，显示出从植食性向微生物食性的转变；而Isotomidae则呈现相反趋势，Δ¹⁵N值降低约1/3营养级，可能转向更多腐食性取食。

讨论部分深入阐释了这些发现的科学意义。跳虫营养可塑性主要体现在Δ¹⁵N值的变化上，而非Δ¹³C值，说明其营养级调整比基础食源转变更为灵活。土壤历史通过改变微生物群落结构和土壤有机质质量，间接影响跳虫的取食策略。豆科植物作为"生态系统工程师"，通过根际过程调控地下营养动态。这些发现揭示了地下分解者对地上植物多样性变化的响应存在时间滞后效应，强调了长期实验对揭示BEF关系的重要性。

该研究的创新价值在于首次证实了跳虫作为关键土壤分解者，能够通过调整营养策略来响应植物多样性变化，且这种响应受到土壤历史的强烈调控。这不仅深化了我们对土壤食物网动态的理解，也为预测生物多样性丧失对生态系统功能的影响提供了重要理论依据。在全球变化背景下，这一研究为制定基于生态系统的土地管理策略，特别是温带草地的保护与恢复，提供了科学支撑。