本研究由贾远彬（新疆农业大学资源与环境学院）、徐万里（新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所）、寇天乐（新疆农业大学资源与环境学院）、买迪努尔·阿不来孜（新疆农业大学草业学院）、胡洋（西北农林科技大学资源环境学院）、唐光木（新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所）、贾宏涛（新疆农业大学资源与环境学院、新疆农业大学新生学院、新疆农业大学新疆土壤与植物生态过程重点实验室，为通讯作者）以及朱新萍（北京农学院生物与资源环境学院）共同完成。研究成果以《有机物料添加对风沙土土壤线虫群落和能量结构的影响》为题，发表于2026年4月的《生态学报》（ACTA ECOLOGICA SINICA）第46卷第7期。
该研究属于土壤生态学和农业生态学领域，聚焦于土壤微食物网的能量流动与功能。研究背景在于，生态群落中的能量动态对维持生态系统功能至关重要，但土壤微食物网能量对有机物料添加的具体响应机制尚不明确。土壤线虫作为土壤微食物网中占据不同营养级的关键成员，其丰度、群落结构和代谢活动是揭示土壤食物网生态功能的重要指标。以往的研究已提出利用线虫代谢足迹（metabolic footprint）和量化多营养级能量通量（energy flux）的方法来评估土壤食物网的状态。同时，施肥作为普遍的农艺措施，通过改变土壤碳和养分的输入，深刻影响着土壤生物群落。然而，关于有机物料（如秸秆、有机肥、生物炭）如何影响干旱区风沙土这种特殊土壤类型中线虫食物网的多营养级能量结构，此前缺乏系统研究。因此，本研究的目的是：以新疆风沙土为对象，通过设置不同有机物料的长期田间试验，从线虫食物网的视角，探究有机物料添加对土壤线虫群落结构及其能量通量和能量结构的影响，旨在阐明有机管理措施如何通过调控土壤微食物网的能量流动来维持土壤生态系统的多功能性。
研究的详细工作流程可概括为以下几个关键步骤。首先，是长期田间试验的布设与样品采集。试验始于2015年，地点位于新疆石河子垦区炮台土壤改良实验站，土壤类型为风沙土，主要种植棉花。研究采用了裂区设计，共设置6个处理，每个处理2个重复小区，小区面积16平方米。具体处理包括：CK（不添加有机物料，作为对照）、S（秸秆还田）、M（添加有机肥2.25 kg/m²）、B1（添加生物炭2.25 kg/m²）、BM（添加生物炭2.25 kg/m²和有机肥2.25 kg/m²）、B2（添加生物炭4.5 kg/m²）。所有处理均统一施用NPK化肥。样品采集于2023年7月进行，在每个小区的0-20厘米土层，采用五点取样法采集土壤，混合后构成一个样品。为确保统计可靠性，研究通过将两个小区的土样再混合作为第三个样品，最终每个处理获得三份重复土样。采集的新鲜土样在去除杂质后，于4℃冰箱保存，用于后续线虫分离。
其次，是土壤线虫的分离、鉴定与分类。研究人员称取50克鲜土，采用浅盘分离-蔗糖离心浮选的连续提取法提取土壤线虫。提取出的线虫在解剖镜下进行计数，结果以每100克干土中的线虫数量表示。随后，依据《The Nematodes of the Netherlands》和《中国土壤动物检索图鉴》等权威资料，将线虫鉴定到属的水平。这是研究的关键基础步骤，确保了后续群落和能量分析的准确性。在鉴定基础上，根据线虫的食性和功能，将其划分为四个营养类群：食细菌类（Ba, bacterivores）、食真菌类（Fu, fungivores）、植物寄生类（Pp, plant-parasites）以及捕食/杂食类（P/O, predators/omnivores）。这种功能群划分是连接线虫分类学特征与生态系统能量流动分析的核心桥梁。
第三，是土壤线虫群落生态指数的计算。研究计算了一系列经典的生态指数来表征线虫群落结构，包括：香农-维纳多样性指数（H’）、均匀度指数（J）、丰富度指数（SR）、成熟度指数（MI）以及线虫通路比值（NCR）。这些指数分别反映了群落的多样性、均匀性、物种丰富度、群落稳定性和土壤有机质分解途径（细菌主导或真菌主导）。计算公式均采用该领域的标准方法。
第四，是土壤线虫群落能量结构的计算与量化。这是本研究方法上的核心创新与亮点。研究采用了基于能量食物网（Energy flux food web）的方法来量化线虫群落内部及跨营养级的碳能量流动。具体流程如下：首先，利用公开数据库（Nemaplex）查询并计算每个线虫属的平均新鲜生物量（W）。接着，根据每个线虫分类单元的数量（N）、生物量（W）和生活史策略（cp值），通过一个综合了生产与呼吸成分的公式，计算出每个类群乃至整个群落的能量通量（F，单位：μg C 100 g⁻¹干土 d⁻¹）。然后，在线虫食物网能量关系处于稳定状态的假设下，进一步构建了一个包含五个节点（资源、食细菌线虫、食真菌线虫、植食线虫、捕食/杂食线虫）的食物网模型。通过设定不同营养级间不同的同化效率（如食细菌线虫0.60，食真菌线虫0.38等），计算出从“资源”流向各营养类群线虫、以及从低营养级线虫流向高营养级捕食/杂食线虫的具体碳通量（μg C 100 g⁻¹干土 d⁻¹）。这种方法将传统的线虫功能性状分析与能量流量化相结合，为理解土壤微食物网功能提供了新的定量化视角。
最后，是数据的统计分析与可视化。研究使用Excel进行数据整理，采用SPSS 26软件进行统计分析。对不同处理下的各项指标（如线虫丰度、能量通量、生态指数等）进行单因素方差分析（ANOVA），并使用LSD法进行多重比较，显著性水平设为0.05。图形的绘制则使用Origin 2022软件完成。
研究的主要结果丰富且具有清晰的逻辑层次。在第一部分“土壤线虫丰度及群落结构”中，结果显示：与不添加的CK处理相比，所有添加有机物料的处理均显著提高了土壤线虫的总丰度，其中生物炭配施有机肥的BM处理增幅最大（高达674.11%），且显著高于其他单独添加物料的处理。在群落组成上，有机物料添加普遍降低了植食线虫的相对比例，同时提高了食细菌线虫的比例。值得注意的是，有机肥处理（M和BM）相较于其他处理，显著提高了食真菌线虫的相对丰度。这些结果为后续的能量分析提供了群落结构基础，表明不同有机物料的输入对线虫不同功能群产生了差异化的“自下而上”的调控作用。
在第二部分“土壤线虫群落的能量通量”中，能量量化结果与丰度变化趋势一致。所有有机物料处理均显著增加了线虫的总能量通量，BM处理依然表现最优。在能量分配上，有机物料添加增加了食细菌、食真菌和捕食/杂食线虫的绝对能量通量，但降低了植食线虫的绝对能量通量及其在总能量通量中的相对占比。特别地，有机肥处理（M， BM）主要增加了食真菌线虫的能量通量。这部分结果将群落数量的变化转化为能量代谢层面的变化，证实了有机物料输入有效提升了土壤微食物网的总体能量代谢活性，并改变了能量在不同功能通道间的分配格局。
第三部分“土壤线虫群落的能量结构”通过构建的食物网模型，清晰地展示了能量流动的路径与通量。图像化结果显示：在所有处理中，捕食/杂食类线虫的生物量最大。与CK相比，有机物料添加减少了流向植食线虫通道的生物量和能量流，但增加了从“资源”流向食细菌和食真菌线虫的能量流，以及从这两个低营养级进一步流向高营养级捕食/杂食线虫的能量流。BM处理特别增加了食真菌线虫通道的能量分配。只有高量生物炭B2处理显示出资源到植食线虫通道的能量流有所增加。这部分结果直观地揭示了有机物料如何重塑土壤线虫食物网内部的能量输送网络，即主要促进了以微生物为食的“细菌通道”和“真菌通道”的能量流通，并抑制了“植食通道”。
第四部分“土壤线虫群落的生态指数”表明，有机物料添加均显著提高了成熟度指数（MI），说明群落稳定性增强。均匀度指数（J）在M处理显著提高。多样性指数（H’）在BM处理最高，但在M和B1处理有所降低。丰富度指数（SR）无显著差异。所有处理的线虫通路比值（NCR）均大于0.5，指示该风沙土中有机质分解以细菌途径为主导。这些生态指数结果从不同侧面印证了有机物料对线虫群落结构的改善作用。
第五部分“土壤线虫食物网能量通量与食物网结构的相关性”通过相关分析将能量流动与群落结构指标联系起来。研究发现：成熟度指数（MI）与总能量通量、资源流向食细菌线虫的能量、以及食细菌和食真菌线虫流向高营养级的能量呈显著正相关。多样性指数（H’）与总能量通量、资源流向食真菌和植食线虫的能量、以及这两者流向高营养级的能量呈显著正相关。而丰富度指数（SR）和均匀度指数（J）与能量流无显著相关性。这一结果至关重要，它建立了“结构”与“功能”之间的定量联系，表明更成熟、更多样化的线虫食物网结构能够支持更高的能量通量，尤其是与食微线虫相关的能量通道构成了总能量通量的主体。
基于上述结果，研究得出结论：在新疆风沙土中，添加不同有机物料均能显著增加土壤线虫丰度和总能量通量，并对不同营养类群产生差异化的影响，其中有机肥处理（特别是配施生物炭）对提升食真菌线虫比例和能量效益尤为显著。有机物料添加提高了线虫群落的稳定性和均匀度。更重要的是，从能量学视角揭示，有机物料添加主要刺激了能量向食细菌和食真菌线虫的转移，并增强了这些低营养级向高营养级捕食/杂食线虫的能量流，同时降低了植食线虫通道的能量分配，从而使能量在食物网中的分配更为均匀。线虫群落的成熟度指数和多样性指数与能量流动显著相关，证实了更复杂、更成熟的食物网结构是支持更高能量流动和维持土壤生态系统多功能性的基础。
本研究的科学价值在于，首次在干旱区风沙土农田生态系统中，系统量化了不同有机物料长期添加对土壤线虫食物网多营养级能量结构的影响，将传统的群落生态学分析与前沿的能量流量化方法相结合，为理解农业管理措施影响土壤生态功能的微观机制提供了新的理论依据和实证数据。其应用价值在于，为新疆乃至类似生态脆弱区的农田土壤改良和可持续管理提供了科学指导，表明有机物料（尤其是有机肥与生物炭配施）不仅能提升地力，还能通过优化土壤微食物网的能量流动结构，增强土壤生态系统的稳定性和多功能性，这对于保障干旱区农业的可持续发展具有重要意义。
本研究的亮点突出体现在以下几个方面：第一，研究视角新颖，首次在风沙土这一特殊土壤类型中，从能量食物网的角度深入探究了有机物料添加的生态效应。第二，研究方法先进，成功应用并整合了线虫能量通量计算和多营养级食物网能量流模型，实现了对土壤微食物网功能的定量化、可视化解析，这是方法学上的重要创新。第三，研究设计严谨，基于长达八年的长期定位试验，使得结果更能反映农业措施的长期累积效应，结论更为可靠。第四，研究发现重要，明确揭示了有机物料通过促进“细菌通道”和“真菌通道”的能量流、优化食物网结构来提升生态系统功能的机制，并建立了群落结构指标（MI， H’）与能量功能之间的显著相关性，深化了对土壤生态系统“结构-功能”关系的认识。第五，研究目标明确，聚焦于生产实践中常见的有机物料，其结论对指导农业生产具有直接参考价值。