重磅！全球首次揭秘：白蚁、蚂蚁和蚯蚓如何重塑生态系统

近日，中山大学深圳校区的储诚进教授团队的最新论文Global engineering effects of soil invertebrates on ecosystem functions发表于Nature，通过对全球范围内 1047 项研究的元分析，量化了白蚁、蚂蚁和蚯蚓对生态系统功能的影响及其驱动因素，为理解土壤无脊椎动物在生态系统中的作用提供了全面视角。

️研究背景

土壤是陆地生物生存的基础，白蚁、蚂蚁和蚯蚓作为重要的 “生态系统工程师”，在全球生态系统中具有关键作用，影响植物生长、碳和养分循环。然而，目前缺乏对这些无脊椎动物在全球尺度上的工程效应及其驱动因素的综合量化研究。同时，陆地无脊椎动物生物量远超脊椎动物且可能面临数量下降，因此有必要开展跨分类群的综合分析。

️研究内容

• 数据收集与处理：从 Web of Science 和中国知网检索相关文献，最终纳入 1047 项研究，涉及白蚁、蚂蚁和蚯蚓对 47 种生态系统属性的影响。提取土壤养分、物理化学性质、养分循环和生物群落状态等方面的数据，计算土壤工程效应的对数响应比（lnRR），并根据不同情况进行加权分析。
• 整体无脊椎动物工程效应：三种无脊椎动物均显著增加土壤大量养分含量、土壤呼吸、微生物和植物生物量。它们在促进土壤养分、养分循环和相关生物群落状态方面作用显著，且对土壤物理化学性质也有不同程度的影响。例如，白蚁和蚯蚓增加土壤阳离子交换容量和部分微量元素含量，蚂蚁则改变土壤物理结构，影响土壤通气性和透水性 。在养分循环方面，它们对硝化、反硝化等过程影响各异，且蚂蚁可能是土壤 的重要排放源。对相关生物群落的影响上，它们在增加植物多样性、繁殖和组织养分含量等方面各有特点。
• 纬度趋势的潜在驱动因素：通过元回归模型分析发现，土壤工程效应的纬度模式多样，包括负相关、正相关和驼峰形。温度（MAT）是影响土壤工程效应纬度模式的重要因素，与部分效应呈正相关或负相关。净初级生产力（NPP）可能是蚂蚁工程效应驼峰形模式的介导因素，在低 NPP 地区，蚂蚁对土壤养分和植物生存的影响更大。此外，体型对蚂蚁的工程效应有显著影响，较大体型的蚂蚁可能促进土壤碳排放但降低碳储存 。
• 生态系统功能的协变关系：土壤工程对土壤呼吸与土壤碳、氮、磷含量及水分含量的影响大多呈正相关。对植物生物量的影响则因分类群而异，蚂蚁与土壤碳、氮含量相关，白蚁与土壤磷和粘土含量相关。且白蚁、蚂蚁和蚯蚓对植物生物量的影响在不同养分限制区域表现不同，分别在磷限制、氮限制地区作用更显著 。

️研究结论

白蚁、蚂蚁和蚯蚓通过改善土壤养分，一致地增加了植物生物量、土壤微生物生物量和土壤呼吸。在热带和温带地区，白蚁和蚂蚁分别通过缓解植物的磷和氮限制，对提高植物生产力至关重要。在干旱条件下，白蚁和蚯蚓对植物适应性的影响可能更强。环境变量对这三种无脊椎动物的土壤工程效应有显著调节作用，可能影响生态系统功能和生物地球化学循环 。

️研究贡献

首次在全球尺度综合量化三种无脊椎动物的工程效应，填补研究空白；揭示环境因素对其工程效应的影响机制，为预测生态系统响应提供依据；强调其在生物地球化学循环中的重要性，为生态模型改进提供方向；指出未来研究方向，如多物种多功能监测、标准化实验设计等。