NC：全球土壤生物多样性和生态系统功能研究的空白

Journal: Nat Commun

Published online 2020 Aug 3

Link: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7400591/

摘要：

土壤是世界生物多样性的重要组成部分，对许多重要的生态系统功能作出了贡献。因此必须确定与土壤生物的分布和功能有关的一般宏观生态模式，这些宏观生态分析需要代表世界范围内环境条件的多样性。

本文通过土壤宏观生态研究和全球17186个采样点确定并描述了土壤类群和生态系统功能数据中存在的空白。这些空白包括重要的空间、环境、分类和功能空白，以及几乎完全缺失的时间数据。

土壤宏观生态研究在探索土壤生物多样性-生态系统功能关系的一般模式方面存在局限性，只有0.3%的采样点同时拥有生物多样性和功能方面的信息。

尽管土壤生态学的研究越来越多，但在我们对土壤生物多样性在地理和分类学上的理解中存在着重大的差距和偏见。

此外，对于大空间尺度和跨生态系统类型的土壤生物多样性的时间模式几乎一无所知。

尽管对土壤生物多样性研究的兴趣日益浓厚，但土壤生态系统的治理却很少或没有得到重视，这导致在土地管理和保护以及环境政策中缺乏土壤生物多样性和功能。

方法

Web of Knowledge database数据库关键词搜索1945-2018年文章。进一步筛选土壤分类和/或土壤生态系统功能的研究及跨大陆范围的研究。最终得到62个数据集。

文章年代及类型分布。近几年显著增多。

生物多样性类型：

然后确定了15个环境和多样性描述变量：

结 果

一、生物地理学上的偏差

1. 细菌、真菌和土壤呼吸是最具代表性的土壤类群和功能。

2. 大多数观测都集中在温带系统，并且由于采样方法而受到方法学上的限制。

3. 土壤生态系统在局部尺度上本质上是非常不均匀的。小而分散的抽样地点的土壤功能和分类单元限制了对当前全球结果的分析评估。土壤生物多样性与生态系统功能之间的关系,特别是对养分循环和次级生产力,具有强烈的地方相互依赖关系。

4. 大多数研究都是基于单次采样，即没有对同一采样点进行多年或长时间的重复测量。能够研究群落和功能如何随时间变化，对于评估关键类群和功能的趋势以及它们对全球变化的脆弱性至关重要。

图1 土壤类群和土壤生态系统功能取样地点的全球分布。

a,b 生物类型。细菌，线虫，蚁科，寡毛类研究多。

c,d 生态功能。集中于土壤呼吸。

e 生物量数据分布。

f 不同类型研究的重叠率很低。只有0.3%的采样点同时研究了生物多样性和功能。

二、生态上的空白

1.温带生物群落(尤其是丘陵山地混交林和地中海)的样本点多于苔原，草原，热带稀树草原，红树林等生境。生态系统功能的研究中，这种空间聚集现象更为明显，温带系统占所有取样地点的62%，而地球其他地方的土壤资料则比较分散。这可能反映了各国在资金可用性和研究经验方面的差异。

2. 土壤生物多样性和功能数据的可用性在热带和亚热带地区尤其稀缺，甚至根本不存在，这些地区属于地球上生物多样性最丰富的地区、山地草原和极度干旱地区。

3. 地球上存在的土壤碳含量的完整范围没有被很好地覆盖，高碳和低碳土壤与全球分布相比代表性不足。土壤类型也同样如此，只有一小部分土壤类型被很好地覆盖(如强淋溶土、暗色土、始成土、淋溶土和灰壤)，而其他土壤类型代表性不足或完全缺失。

4. 一些土壤属性在研究中得到了很好的表征，如土壤质地(即砂、泥和粘土含量)和pH值。

5. 与土壤条件相比，土壤生物多样性和功能研究中对气候变化的研究很少，几个气候范围几乎完全缺失，包括低和高潜在蒸发/干旱地区，以及季节性强、降水少和极端温度的地区。59.6%的全球气候条件还没有被研究过。

6. 低植物多样性区域在大多数研究中都没有出现，或者代表性较差，研究主要集中在多样性较高的区域。另外，在全球范围内地上生物多样性和地下生物多样性之间可能存在重要的不匹配。即地上生物多样性并不能很好地预测地下生物多样性。

7. 目前研究覆盖率很低，研究之间存在很大的空间上的间隙。很多被认为有着超级生物多样性的地区或国家(即至少从地面生物多样性的角度来看)在土壤宏观生态研究中系统地缺乏代表性。

图2 研究中主要的环境和多样性变量被包含的情况

三、填补这些空白的挑战

如果没有基于重新采样的空间研究，就无法填补土壤生物多样性和生态系统功能大尺度时间趋势的空白。这可以通过一个标准化的全球监测框架来实现，该框架得到许多国家的承认和支持，而这些国家目前还都不存在。

土壤生态学家在创建全球土壤生物多样性监测网络时面临的主要障碍和克服这些障碍的行动：

挑战：

1. 关于运输和分享土壤样本和生物数据的法律问题；

2. 文献零散，地方研究缺乏系统化；

3. 缺乏关于土壤生物多样性和功能的明确的时间信息；

4. 缺乏全球分布的专家经验、研究资金和基础设施。

政策：

我总结成了18个字：制定标准，加强合作，建立数据库，创建新项目。

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END

一个环境工程专业却做生信分析的深井冰博士，深受拖延症的困扰。想给自己一点压力，争取能够不定期分享学到的生信小技能，亦或看文献过程中的一些笔记与小收获，记录生活中的杂七杂八。

目前能力有限，尚不能创造知识，只是知识的搬运工。