农用地与热带气候下土壤动物群落更高的营养级多样性

脚下生命的重要性

我们大多数人把森林、田野和农场看作地面上能看到的树木、作物和动物。但在脚下隐藏着一个巨大的微小生物世界，它们默默地分解死亡物质、释放植物所需的养分并帮助控制害虫。本研究提出了一个看似简单的问题：这些土壤动物的“菜单”和采食行为如何在全球范围内以及不同土地利用类型下变化，从林地到农田、从凉爽的温带到热带气候？答案有助于我们理解在农业扩张和气候变暖的背景下生态系统的韧性如何。

地下的餐厅

土壤是地球上最为多样的栖息地之一，容纳了从微小的线虫和螨类到甲虫、蜈蚣和蚯蚓等各种生物。这些生物构成复杂的食物网：有些以枯落叶和根系为食，有些以细菌和真菌为食，还有些是捕食者。研究人员并未追踪它们每一口所食，而是采用一种化学指纹法，测量来自19个国家、456个地点的超过17,000只土壤动物体内自然存在的碳与氮同位素形式。这些指纹的分布揭示了被利用的食物来源数量和食物链中的环节数——合在一起构成了“营养级多样性”的度量，即群落中采食角色的多样程度。

土壤工作队伍中的不同职能

研究团队将土壤动物分为宽泛的“职能”类别：以枯死植物物质为食的碎食者、以微生物为食的微生物食者、以活根为食的草食者、捕食其他动物的捕食者以及取食多种来源的混合觅食者。结果发现，微生物食者的采食角色范围最为广泛。它们体型小，能穿行于土壤的细小孔隙，接触到许多不同的微生物群落，而每种微生物群落都有其独特的化学特征。相比之下，体型较大的碎食者和捕食者之间饮食更为相似，表明它们共享捕食对象和食物来源，因此在地下食物网中占据更多重叠的生态位。

农田与热带：菜单上更多的变化

传统观念认为集约土地利用会伴随生物多样性的丧失。令人惊讶的是，本研究发现尽管农田总体上通常物种较少，但留存的土壤动物显示出比附近林地更高的营养级多样性——平均约高出三分之一。同样，热带地区的群落比温带地区的营养级多样性约高40%。在这两种情况下，有限且零散的资源似乎迫使土壤动物拓宽和区分它们的饮食，利用更广泛的食物来源并在食物网中占据更独特的位置。

环境如何塑造地下选择

为了解营养级多样性为何发生变化，研究人员对每个地点的气候、土壤和植被进行了考察。温暖湿润且季节波动显著的气候——许多热带地区的典型特征——与更广泛的采食角色分布密切相关。在这些环境中，劣质枯枝落叶和贫瘠的土壤意味着高能量食物稀缺，激烈的竞争促使物种在不同资源上发生专门化。相反，在植物生产力和土壤有机质高且更为均一的条件下——更接近许多林地的情形——动物更容易成为“挑剔的广食者”，集中于营养最丰富的食物，从而降低了整体的采食策略多样性。

对变化世界的含义

这些发现表明，随着农业扩张和气候变暖，土壤动物群落可能通过拓展饮食选择并重新排列谁吃什么来作出响应。这种适应性可能有助于在一些敏感物种消失时维持关键过程——如分解和养分循环——的运行。特别是微生物食者，可能通过利用未被充分利用的资源并保持养分流动而发挥超比例的重要作用。然而，以一小部分适应性强的广食者取代专门化物种的转变，可能会给生物多样性和生态系统稳定性带来长期成本。理解这种地下饮食格局的隐秘重组，对于设计能保护土壤中物种数量以及它们帮助生态系统运作方式的农业与土地管理措施至关重要。

引用: Zhou, Z., Eisenhauer, N., Barnes, A.D. et al. Greater trophic diversity of soil animal communities under agricultural land use and tropical climate. Nat Ecol Evol 10, 700–711 (2026). https://doi.org/10.1038/s41559-026-03014-4

关键词: 土壤食物网, 营养级多样性, 农业生态系统, 热带土壤, 养分循环