施肥管理重塑全球生态系统植物-线虫相互作用 基于论文标题的语义与学科语境，将标题“Fertilization management reshapes plant-nematode interactions across global ecosystems”译为中文专业术语如下： **施肥管理重塑全球生态系统植物-线虫相互作用**

**摘要翻译**
引言：理解施肥如何塑造土壤线虫的组成与功能，对于最大化农业可持续性和植物生产力至关重要。然而，对于不同施肥制度如何在全球范围内影响线虫与植物生产力之间的关系，我们仍缺乏统一的认识。目的：本研究旨在探究针对性施肥（如有机施肥）是否会改变线虫群落结构与功能，以及这些变化如何与植物生产力相关联。方法：研究人员整合了一项全球施肥实验的荟萃分析（Meta-analysis）和基于机器学习（Machine learning）的预测，以解决这一知识空白。结果：研究表明，肥料类型在全球范围内强烈调节着线虫和植物表现。有机肥料增加了线虫总丰度，使群落组成向食细菌线虫（Bacterivore）主导方向转变，并促进了植物生产力；而矿质肥料削弱了这种正向效应，并导致植物生产力与植食性线虫（Herbivore）之间出现负相关。结构方程模型（Structural equation modeling, SEM）和全球预测模型进一步表明，食细菌线虫和有机施肥对植物生产力的这些正向效应在较温暖的气候区（如南亚、中非和南美洲北部）尤为显著，表明气候对肥料和土壤线虫效应具有调节作用。结论：这些发现凸显了农业管理特性从根本上塑造了植物-线虫相互作用，强调了土壤线虫在将施肥实践与生态系统生产力联系起来的关键作用。

植物生产力依赖于土壤肥力、资源管理和环境条件。由于农业生产对人类营养和经济发展至关重要，提高土壤生产力一直是地方和全球尺度的土地管理核心焦点。在过去的两个世纪里，矿质肥料的施用大幅提高了植物生产力，从而帮助满足了不断增长的人口对食物的需求。然而，肥料的添加也改变了土壤微生物和动物群落，影响了其功能。土壤中包含着巨大多样的微生物和动物，它们转化有机质、循环养分，并与彼此和植物相互作用。然而，土壤生物的超级多样性使其对土壤生态系统功能的影响难以理解。先前的研究强调了土壤微生物对生态系统功能的重要性，它们主导了陆地生态系统的生物化学循环。相比之下，作为地球上数量最多的动物类群——土壤线虫在生态系统过程中的作用受到的关注相对较少。越来越多的研究表明，这些生物构成了土壤食物网的关键组成部分，并对碳和养分循环有重要贡献。通过取食微生物，土壤微型动物通过改变微生物群落来影响土壤的生物化学过程，最终塑造陆地生态系统的功能。

线虫在土壤中几乎所有的生物地球化学过程中都扮演着关键角色，包括有机物分解和养分循环，同时也是植物生长和作物产量的决定因素。它们通常被分为四个主要的营养类群：食细菌线虫（Bacterivore）、食真菌线虫（Fungivore）、植食性线虫（Herbivore）和杂食-捕食性线虫（Omnivore-predator），它们对环境干扰的敏感性各不相同。与气候变化相关的温度、降水和其他环境因素的变化已知会改变线虫丰度、群落组成和相对营养类群丰度。线虫营养类群和物种对环境因素的差异化响应，使线虫成为反映肥料施用等影响的有用土壤指标。食细菌线虫是一个特别重要的营养类群，它们有利于植物有益微生物并能改善植物表现。然而，我们仍然缺乏对不同施肥制度如何影响土壤线虫群落及其对植物表现潜在后果的普遍认识。

在此，研究人员结合全球施肥实验的荟萃分析和基于机器学习的全球预测，研究了不同施肥制度如何影响土壤线虫群落结构及其对植物生产力的潜在影响。研究重点对比了有机肥料与矿质肥料，评估了它们对线虫丰度、营养组成和植物生物量分配的影响。研究人员还探讨了环境和管理因素如何塑造全球范围内线虫和植物对施肥响应的分布。基于先前关于有机投入与土壤食物网变化相关联的证据，研究人员提出了以下假设：（1）与施用矿质肥料相比，施用有机肥料支持更高的线虫密度。（2）施用有机肥料，尤其有利于食细菌线虫，这可能有助于提高植物生产力。

**方法部分**
本研究通过Web of Science对1990年1月至2024年8月间发表的同行评审研究进行了全球荟萃分析。搜索词包括“土壤线虫”和“肥料/施肥/营养/碳/氮/磷/钾”。研究纳入标准包括：（1）在控制条件下比较施肥与未施肥土壤：对于农业系统，这通常代表常规未施肥对照田；对于半自然系统，这些地点不是原始生态系统，而是在实验期间未施加额外肥料投入的低管理系统（如草地或管理农田）；（2）以英文撰写；（3）不专注于单一植物寄生线虫物种；（4）采样表层土壤（0–45 cm）；（5）报告线虫群落指标；（6）持续时间超过一个生长季。最终，125篇文章符合标准。

研究人员收集了线虫丰度、多样性和生态指数的估计值，并根据施肥制度（矿质 vs. 有机）、土地利用（农业 vs. 半自然）、气候带（热带、亚热带、温带）和施肥时长（短期 < 3年；中期 3–6年；长期 > 6年）对数据进行分类。线虫丰度以每100克干土为单位表示，并分为四个营养类群。研究人员综合了四个植物生产力性状（总植物生物量、作物产量、单株植物生物量和根长）和四个土壤功能替代指标（微生物生物量氮、微生物生物量碳、生物固氮量和土壤呼吸）。使用多层次效应模型（rma.mv, metafor）和响应比（Response Ratio）估计总体效应量（Effect Size）。此外，还采用了结构方程模型（Structural equation modeling, SEM）在全球尺度上整合气候（年均温、年降水）、肥料投入（碳、氮）和土壤变量。

**全球尺度预测模型**
开发了随机森林（Random forest, RF）回归模型（使用“randomForest”包）来预测食细菌线虫和植物生产力对施肥的响应比（lnRR）的全球空间分布。通过重复随机10折交叉验证（Repeated random 10-fold cross-validation）对模型进行评估。模型训练使用90%的数据，验证使用10%的数据，重复10次。基于RF模型，使用“caret”包评估了预测因子的重要性。归一化后的变量重要性得分（0%至100%）表示每个预测因子对模型结果的相对影响。

**研究结果**
**施肥制度对线虫和植物生产力的影响**
全球荟萃分析显示，土壤施肥显著增加了线虫总丰度（+25.6%）。其中，食细菌线虫（+46.5%）和食真菌线虫（+27.5%）的增幅最大，而植食性线虫丰度无显著变化。土壤施肥增加了富集指数（Enrichment Index, EI, +11.8%），降低了成熟度指数（Maturity Index, MI, -4.5%），但其他生态指数无显著变化。此外，土壤施肥使植物生产力提高了40.7%。

不同施肥制度间存在显著差异。有机施肥显著增加了线虫总丰度（+38.8%）、食细菌线虫（+65.8%）、食真菌线虫（+41.7%）和杂食-捕食性线虫（+27.8%）的丰度，而矿质施肥仅导致食细菌线虫中度增加（+18.5%）。直接比较表明，除植食性线虫外，线虫总丰度和所有营养类群对施肥的响应在有机施肥下均显著强于矿质施肥（所有p < 0.001）。有机施肥还提高了富集指数（+16.0%），降低了植物寄生指数（Plant Parasite Index, PPI, -16.5%）。

肥料施用在农业（+55.8%）和半自然（+25.6%）系统中均增加了食细菌线虫的丰度，且仅在农业系统中显著促进了线虫总丰度和食真菌线虫丰度（+30.0%和+34.7%）。在气候带方面，施肥增加了温带地区线虫总丰度（+25.3%）和食真菌线虫丰度（+25.2%），并增加了热带地区杂食-捕食性线虫丰度（+58.7%），但降低了热带地区植食性线虫丰度（-47.2%）。就施肥时长而言，所有时长均增加了食细菌线虫丰度，而只有短期施肥（<3年）增加了线虫总丰度（+45.69%）。

有机肥和矿质肥均提高了植物生产力（分别为+51.3%和+19.5%），且有机肥的正向效应比矿质肥高出163.1%。然而，肥料添加对植物生产力的效应仅在农业系统（+46.9%）中显著。植物生产力对肥料添加的响应在气候带上表现为：温带（+21.8%） < 亚热带（+56.5%） < 热带（+71.0%）。肥料类型对线虫丰度和植物生产力的平均解释效应（Qm = 11.0）大于气候区（Qm = 2.8）、土地利用系统（Qm = 2.4）和施肥时长（Qm = 4.6）。

**有机与矿质施肥系统中线虫营养类群与植物生产力的联系**
多变量线性回归模型显示，在有机和无机施肥处理中，线虫总丰度和富集指数（EI）与植物生产力关联最强。此外，食细菌线虫和植食性线虫被识别为分别与有机和矿质肥料施用关联最强的营养类群。在有机施肥处理中，植物生产力与线虫总丰度呈正相关，食细菌线虫丰度的增加与植物生产力呈正相关。相反，在矿质施肥处理中，植食性线虫丰度的增加与植物生产力的负效应相关。矿质施肥虽促进了食细菌线虫丰度，但其与植物生产力的关系趋于负相关（R = -0.26, p = 0.051）。

**气候与资源输入对关键线虫与植物生产力联系的共同影响**
在有机施肥下，较高的碳输入增强了食细菌、线虫总丰度和食真菌线虫丰度，但降低了香农多样性指数（Shannon diversity, H'）、成熟度指数（MI）和结构指数（Structure Index, SI）。相比之下，线虫对矿质施肥的响应更多受气候驱动。降水增加了食真菌和植食性线虫丰度，但降低了食细菌线虫和杂食-捕食性线虫丰度。结构方程模型（SEM）表明，在有机施肥下，碳输入通过促进食细菌线虫丰度，进而与年均温共同提高了植物生产力；碳输入对植物生产力的影响主要通过线虫群落介导。在矿质施肥下，降水增强了植食性线虫丰度，而植食性线虫丰度对生产力有负面影响。

**线虫和植物生产力对施肥响应的全球格局**
利用随机森林模型预测了食细菌线虫和植物生产力对施肥（包括所有肥料和仅有机肥）响应的全球分布图。结果表明，在热带和亚热带地区（特别是南美洲、撒哈拉以南非洲和东南亚），食细菌线虫和植物生产力对施肥（尤其是有机肥）呈现最强的正响应；而在温带和高纬度地区（如北美洲、欧洲和北亚），响应趋于中性或负向。对于食细菌线虫，其基线丰度（土壤中原有丰度）是最强的预测因子（贡献率27.2%），其次是土壤pH值和砂粒含量。植物生产力的响应则更紧密地与气候和地理因子相关，年均温、纬度、年降水量和线虫丰度是最重要的预测因子。

**讨论与结论**
本研究首次在全球尺度上综合阐明了施肥制度、土壤线虫群落与植物生产力之间的联系。通过结合荟萃分析和基于机器学习的全球预测，研究表明，施肥（特别是有机投入）能够增强食细菌线虫丰度，从而促进植物生长。相比之下，矿质施肥更受气候限制，并常与植食性线虫的负面影响相关联。这些发现突出了线虫营养结构在调节肥料-植物相互作用中的核心作用，并强调了将土壤动物纳入可持续管理框架的重要性。鉴于这些效应在全球范围内的显著性和一致性，将这些相互作用整合到预测性农业模型中，可能有助于在全球变化背景下优化施肥策略，确保高产与长期生态系统健康。

在研究结论部分，作者指出：本研究提供了首个在全球尺度上将施肥制度、土壤线虫群落和植物生产力联系起来的综合分析。研究证明，施肥（尤其是有机投入）通过增强食细菌线虫丰度来促进植物生长，而矿质施肥则更受气候制约且常与植食性线虫的负面影响相关。这些发现强调了线虫营养结构在介导肥料-植物相互作用中的核心作用，并凸显了将土壤动物纳入可持续管理框架的重要性。鉴于这些效应在全球范围内的一致性和显著性，将这种相互作用整合到预测性农业模型中，对于在全球变化背景下优化施肥策略、确保高产和长期生态系统健康具有重要价值。