多种全球变化因素在改变土壤功能和微生物多样性中发挥的作用

来源：土壤观察

导  读

作为陆地生态系统功能的基础，土壤具有多种生态系统功能，并且对农业和可持续管理至关重要。但同时土壤也面临着许多人为活动造成的压力。土壤受多种因素影响，但对土壤与两种以上环境因素的相互影响知之甚少。在这里，我们通过实验表明，同时变化的全局变化因子（最多10个）的数量会增加土壤性质、土壤过程和微生物群落的定向变化。尽管预测变化的幅度存在较大的不确定性，但这个研究提供了一个有效的并广泛适用的实验设计来解决多因素变化的蓝图，以研究全球环境变化的影响。

原文引自：Rillig, Ryo, Lehmann, Aguilar-Trigueros, Buchert, Wulf, Iwasaki, Roy, Yang (2019) The role of multiple global change factors in driving soil functions and microbial biodiversity.  Science. 366(6467) 886-890

翻译：译者：赵珊（大自然保护协会志愿者）、李颖（大自然保护协会中国农业总监）

该多因素影响与土壤功能相关的研究首先进行了系统的调查（图1），筛选了有关全球变化因素如何影响土壤生物和过程的实验研究文献。对于我们收集的每篇论文（在筛选的4202篇论文中，有1228篇符合纳入标准 ），计算其实验中包含全球变化因素的数量。 大约80％的研究仅考察了一个因素，19％考察了两个因素的相互作用，只有极少数的论文（<2％）测试了三个或更多因素的影响。

这些模式影响了我们目前对土壤生态系统的生态学了解，其原因包括实验方面的局限性和成本，但是很显然，用于解决多种因素相互作用的主要工具由于迅速增加的因子组合可能而开始崩溃。 

图1：关于土壤生态学实验中涉及的全球变化因子数量的文献调查结果

为了研究不断增加的因素共同作用的影响。研究设计从生物多样性对生态系统功能的影响研究中获得启发，从10个全局变化因子的池中随机选择一个递增因子数量的梯度，即水平2、5、8和10个因子，每个因子重复10次，从而测试生物多样性和生物系统的改变过程是否与多种因子的变化趋势一致（图2）。 测试因子包括非生物因素（例如温度），资源可用性，化学毒物和化合物（无机和合成有机物）以及物理变化的媒介（微塑料）。 

图2：利用全球变化因素的数量即可预测生物多样性和生态系统过程变化总体趋势

在单因素水平上，一些因素对土壤团聚（土壤结构的关键组成部分）、土壤疏水性（水滴渗透时间）及土壤呼吸具有中性，负面或正面影响。 因此，结合单因素影响的预测通常具有较宽的置信区间。 土壤聚集和土壤疏水性在八个或更多因素的作用下发生了强烈变化，其变化与预测结果有所不同，表明存在相互作用。 但是，与研究的预测一致（图2），所有响应变量的变化都显示出与所含因子数量一致的方向变化（图3）。 

图3：单一和多样全球变化因子对土壤性质的影响

这项研究扩大了对多种全球变化因素与土壤之间的相互影响的理解，并表明越来越多的全球变化因素导致土壤性质、过程及其微生物群落的定向变化。 但是，预测变化的幅度并不总是那么简单，只有在较高水平（尤其是8和10个）的因子交互作用下，“生态惊喜”才会变得明显。这个现象显然会使全球变化的影响的预测更具挑战性，但是研究强调，首先简单地预测变化的方向并认识到不可预测的影响是非常重要的，并且是为以后更加准确的预测打下基础。