秸稈的有效管理對于維持農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展具有至關(guān)重要的作用,提高農(nóng)作物秸稈的利用率以及利用效果是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的主要問題。土壤食物網(wǎng)主要由土壤微生物、小型土壤動物(原生動物和線蟲)以及中型土壤動物(螨和線蚓)共同組成,對秸稈分解起重要的調(diào)控作用。秸稈還田方式可以影響秸稈的分解途徑以及改變土壤食物網(wǎng)各個營養(yǎng)級的結(jié)構(gòu)組成。然而,針對土壤食物網(wǎng)內(nèi)多個營養(yǎng)類群的網(wǎng)絡互作關(guān)系及其對于秸稈分解的協(xié)同調(diào)控作用仍缺乏深入的探討。因此,中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所土壤健康維持機制與生物調(diào)控途徑創(chuàng)新組群依托遼寧沈陽農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站的田間秸稈還田試驗平臺,以土壤食物網(wǎng)為研究對象,探究不同秸稈還田方式(秸稈移除、秸稈覆蓋和秸稈翻埋)對土壤食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)、生物網(wǎng)絡關(guān)系以及秸稈分解通道的影響,探明土壤食物網(wǎng)對不同秸稈還田方式響應的生物學機制(圖1)。

圖1. 秸稈覆蓋和秸稈翻埋條件下土壤食物網(wǎng)研究的概念圖?
研究結(jié)果表明,在秸稈分解過程中土壤微生物群落的磷脂脂肪酸豐度在秸稈分解前期開始增加,中小型土壤動物的豐度在秸稈分解后期隨之增加;秸稈分解、土壤微生物以及中小型土壤動物的變化過程中各營養(yǎng)級間變化存在滯后效應。土壤微生物在秸稈分解過程中起著直接作用,而中小型土壤動物通過影響土壤微生物群落間接調(diào)節(jié)秸稈分解過程。與土壤微生物群落和中型土壤動物相比,小型土壤動物群落響應顯著,反映了秸稈管理方式對土壤食物網(wǎng)的影響。土壤食物網(wǎng)營養(yǎng)級間的生物網(wǎng)絡關(guān)系受到秸稈還田方式的調(diào)控。相較于秸稈移除,秸稈覆蓋和秸稈翻埋條件下土壤各營養(yǎng)級生物之間存在著較為復雜的網(wǎng)絡關(guān)系,其中秸稈覆蓋條件下生物網(wǎng)絡更為復雜且穩(wěn)定;而秸稈移除不利于土壤食物網(wǎng)的穩(wěn)定(圖2)。不同的秸稈還田方式激發(fā)了不同的秸稈分解途徑,其中秸稈覆蓋以細菌分解通道為主,而秸稈翻埋以真菌分解通道為主。本研究從土壤食物網(wǎng)網(wǎng)絡關(guān)系角度揭示了土壤食物網(wǎng)對于秸稈還田方式的響應機制,為進一步探究秸稈管理方式調(diào)控秸稈分解轉(zhuǎn)化的生物學機制提供理論基礎(chǔ)。

圖2. 不同秸稈管理方式下土壤食物網(wǎng)絡關(guān)系及拓撲性質(zhì)
注:小寫字母表示不同秸稈管理方式網(wǎng)絡拓撲性質(zhì)差異顯著(P < 0.05)。前期為P1(苗期)和P2(拔節(jié)期),后期為P3(抽穗期)和P4(成熟期)。SR:秸稈移除處理;SM,秸稈覆蓋處理;SI,秸稈翻埋處理。AMF,叢枝菌根真菌;BF、FF、PP和OP分別代表食細菌線蟲、食真菌線蟲、植物寄生蟲線蟲和雜食-捕食線蟲。
研究成果以“Stover management affects soil food webs and regulates the decomposition pathway in a maize field”為題,于2024年發(fā)表于《Agriculture, Ecosystems and Environment》(Ⅰ區(qū))期刊上。中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所土壤生態(tài)組博士研究生田藝佳為第一作者,張曉珂研究員為通訊作者,梁文舉研究員也參與了該項工作。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃(2022YFD1500600)和國家自然科學基金(U22A20501)等項目的支持。
論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2024.117060




