发表时间：2020年8月3日
第一&通讯作者：Carlos A. Guerra
第一单位：German Centre for Integrative Biodiversity Research (iDiv) Halle-Jena-Leipzig （德国综合生物多样性研究中心）；Martin Luther University（马丁路德大学）
【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均有贡献。因此，确定与土壤生物分布和功能相关的宏观生态格局能够更好地支持其保护和治理。宏观生态分析需要反映世界范围内环境条件的多样性。本文使用来自全球土壤宏观生态学研究的17186个采样数据，指出土壤分类与生态系统功能研究的环境空缺。这些数据空缺包括重要的空间、环境、分类和功能空缺，以及几乎完全缺乏的时间数据。本文还指出土壤宏观生态学研究在探索土壤生物多样性-生态系统功能关系广泛格局的局限性，只有0.3%的采样点同时具有生物多样性和功能信息，但每个采样点的分类类群和功能仍存在差异。基于这些信息，本文为支持和扩大土壤宏观生态学研究提供了明确的优先事项。
【研究背景】
土壤生物多样性对于维持陆地生态系统的多功能性至关重要。然而，全球土壤生物多样性与土壤生态系统功能之间的关系尚未从宏观生态学的角度进行深入研究。目前，对土壤生物多样性的认识仍在分布格局与分类学方面存在偏差，而且在更大空间尺度和不同生态系统类型上，土壤生物多样性时间分布规律的研究几乎为零。此外，土壤分类群的分布数据极为分散且大多不可用，而可用的土壤分类群分布数据的空间和时间代表性仍然存疑，导致在多个时间和生物地理尺度上全面评估和了解土壤生态系统的研究进展缓慢。因此，识别和补充土壤类群和功能的分布空白对确定土壤类群的生态偏好，评估其对全球变化的脆弱性以及理解土壤生物多样性、生态系统功能和相关生态系统服务之间的因果关系至关重要。
【科学问题】
在土壤属性、气候、地形和土地覆盖特征等方面，评估全球土壤宏观生态学研究在多大程度上覆盖了地球现有的环境条件。
【研究结果】
生物地理采样在空间尺度和时间尺度上存在偏差。在空间上，全球范围内土壤生物多样性和生态系统功能数据分布不均匀，在类群上偏向细菌和真菌（图1b），在地理位置上偏向温带（图1a, c, e）。仅有0.3%的研究包含土壤生物类群和生态系统功能两方面（图1f）。在时间上，多数研究为单次采样，并未对同一采样点在多年或很长一段时间内重复测量。这导致目前难以评估关键类群和功能的趋势及其对全球变化的脆弱性。
图1 土壤类群和土壤生态系统功能的全球分布点
在土壤生物多样性和功能研究中，土壤条件存在采样不足和过度采样的情况。与全球分布相比，碳含量较高和较低的土壤（图2a）以及大部分土壤类型代表性不足或完全缺失（图2o）。然而，土壤质地（图2b, d, e）和土壤PH（图2c）的采样覆盖程度较好。此外，土壤生物多样性和功能对气候变异响应的研究几乎完全缺失（图2f-k），包含低/高潜在蒸发/干旱地区，以及气候季节性强、降水稀少和温度极端的地区。
图2 全球土壤生态研究盲区
中西欧、加勒比地区（生物多样性和功能）以及中亚和东北亚、北美和南美（功能）全球区域的环境覆盖率高于50%（图3b, d）。中西欧等温带地区在土壤宏观生态研究中具有最高的平均环境覆盖率，但在这些区域内许多环境组合覆盖较少(低pH值和碳含量较高的高海拔地区)。北非和西亚平均环境覆盖率最低（图3b, d）。
图3 宏观生态学中主要土壤环境特征覆盖范围
因此，基于土壤宏观生态学研究面临的一系列挑战，作者建议建立标准化的全球监测框架，收集土壤生态系统多维度（跨越时空）的信息，与此同时可以系统地动员现有开放获取平台，改善土壤生物多样性和生态系统功能的数字可用数据。此外，需要灵活的资金和适当的知识转移机制在全球研究项目中加强不同国家研究人员的合作以维持全球土壤宏观生态研究。
【写在后面】
本文系统梳理了全球土壤宏观生态学的研究，指出当前对不同环境条件和分类类群以及土壤生物多样性与生态系统功能关系的研究空缺，进一步揭示了未来土壤宏观生态学研究的目标并强调采取行动促进完善全球土壤监测系统必要性。
提取码：a82w
作者：闫皓茹
排版：李珊
审订：刘晓娟
