當談及土壤生物世界時，細菌和真菌往往是聚光燈下的主角，而另一類同樣重要的單細胞真核生物——原生動物（Protists）——卻長期處于研究的“暗區(qū)”。它們在土壤生態(tài)系統(tǒng)中扮演著多面手的角色：既是貪婪的捕食者，調(diào)控著細菌等微生物的種群；也是初級生產(chǎn)者，通過光合作用貢獻碳源；同時，部分類群還是植物和動物的寄生蟲，影響著宿主健康。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，耕作（Tillage）是一種廣泛應用的管理措施，它通過機械翻動來擾動土壤結(jié)構(gòu)，改變其物理、化學和生物性質(zhì)。那么，這種人為擾動究竟會如何影響土壤中這些微小而多樣的“居民”呢？特別是從它們的功能角色來看，耕作是會偏愛某些“工種”，還是抑制另一些“職業(yè)”呢？目前，學界對于耕作如何塑造原生動物功能群組成的理解仍存在空白。

為了回答這些問題，來自丹麥奧胡斯大學（Aarhus University）環(huán)境科學系的Julie Egelund Andersen、Rumakanta Sapkota、Athanasios Zervas和Anne Winding等研究人員，在丹麥Foulumgaard試驗站開展了一項系統(tǒng)的田間試驗研究。他們對比了常規(guī)翻耕（Ploughing， PL）與免耕直播（Direct Seeding， DS）兩種耕作制度，并結(jié)合了三種不同類型的肥料（氮硫顆粒肥NS、尿素-硝酸銨溶液UAN、豬糞漿PS）以及三種硝化抑制劑（N-lock?， Vizura?， Piadin?）的應用。研究旨在檢驗兩個核心假說：第一，耕作會降低原生動物整體多樣性并改變其群落組成；第二，群落組成的變化將取決于功能性狀，具體表現(xiàn)為捕食者的相對增加。這項研究成果最終發(fā)表于《European Journal of Soil Biology》期刊。

為了探究上述問題，研究人員運用了幾個關鍵的技術方法。研究在丹麥一個長期定位試驗田（始于2002年）中進行，采用了隨機區(qū)組裂區(qū)設計，共設置了10種處理組合，每個處理3次重復，總計從60個小區(qū)采集了土壤樣本。所有樣本均采集自0-20厘米土層。研究人員從土壤中提取環(huán)境DNA（eDNA），并采用靶向真核生物18S核糖體RNA（rRNA）基因V9區(qū)的引物進行PCR擴增，隨后利用Illumina NextSeq 500平臺進行高通量測序（宏條形碼技術）。獲取的測序數(shù)據(jù)在QIIME2流程中進行質(zhì)量控制、生成擴增子序列變異（ASVs），并利用PR2數(shù)據(jù)庫進行物種分類學注釋。尤為關鍵的是，研究者使用新近開發(fā)的EukFunc功能數(shù)據(jù)庫和R軟件包，將獲得的分類學數(shù)據(jù)與基于性狀的功能多樣性信息進行關聯(lián)，從而將原生動物ASVs劃分為捕食者（Predators）、光養(yǎng)者（Phototrophs）、寄生蟲（Parasite symbiotrophs）等功能群。統(tǒng)計分析包括使用Wilcoxon檢驗比較Alpha多樣性、基于加權UniFrac距離的PERMANOVA分析Beta多樣性，以及使用DESeq2進行差異豐度分析，以全面評估不同農(nóng)業(yè)實踐對原生動物群落和功能的影響。

通過對60個土壤樣本進行測序，經(jīng)過質(zhì)量控制后，共獲得了1，408，382條高質(zhì)量序列，對應于3113個ASVs。利用EukFunc數(shù)據(jù)庫，成功對其中86.3%的ASVs進行了功能群分配，主要類別包括捕食者、光養(yǎng)者、寄生蟲等，為后續(xù)的功能分析奠定了基礎。

與假設相反，分析發(fā)現(xiàn)翻耕土壤中的原生動物總體Alpha多樣性（包括觀測豐富度、香農(nóng)多樣性指數(shù)和逆辛普森指數(shù)）顯著高于免耕土壤。進一步的分解顯示，捕食者功能群的豐富度增加是導致總體豐富度上升的主要貢獻者。肥料類型和硝化抑制劑的應用對Alpha多樣性沒有顯著影響。

主坐標分析（PCoA）顯示，翻耕和免耕處理下的原生動物群落結(jié)構(gòu)形成了兩個明顯不同的聚類。統(tǒng)計分析（PERMANOVA）證實，耕作制度和肥料選擇都是塑造原生動物群落的極顯著驅(qū)動因子，其中耕作解釋的變異略多（14.9%）。在功能群層面，光養(yǎng)者對耕作的響應最強，其次是寄生蟲和捕食者。硝化抑制劑則未表現(xiàn)出顯著影響。當分別分析翻耕和免耕土壤時，肥料（特別是豬糞漿相比化學肥料）仍能顯著影響群落結(jié)構(gòu)，而捕食者是唯一對此有貢獻的功能群。

在所有樣本中，捕食者（占56.4%）是優(yōu)勢功能群，其次是寄生蟲（17.0%）和光養(yǎng)者（13.6%）。在分類學上，絲足蟲類（Cercozoa）、Gyrista和鏈型植物（Streptophyta）是優(yōu)勢類群。

耕作顯著影響了功能組成：與免耕土壤相比，翻耕土壤中捕食者和光養(yǎng)者的相對豐度顯著增加，而寄生蟲的相對豐度顯著下降。這種下降主要體現(xiàn)在植物寄生蟲（如 Plasmodiophorida）和未分類的寄生蟲上。差異豐度分析進一步支持了這些發(fā)現(xiàn)，翻耕土壤中顯著富集的42個屬大部分屬于捕食者和光養(yǎng)類群，例如 Acanthamoeba（變形蟲）、Colpoda（纖毛蟲）和 Spumella（絲足蟲）。

施肥的影響相對溫和，且主要體現(xiàn)在翻耕土壤中：與化學肥料相比，有機肥（豬糞漿）的施用使得捕食者的相對豐度增加，而光養(yǎng)者減少。差異豐度分析也表明，有機肥在兩種耕作制度下都富集了更多捕食者類群的ASVs，例如 Allapsidae 和 Spongomonas。

在討論部分，作者對上述結(jié)果進行了深入解讀，并強調(diào)了其重要意義。

首先，捕食者在耕作土壤中增加這一結(jié)果出乎意料，因為高強度擾動通常被認為會降低多樣性。作者推測這可能反映了“上行效應”（Bottom-up effects）：耕作破壞了土壤團聚體，釋放了被保護的有機質(zhì)，從而可能刺激了細菌等獵物的活性和生長，進而為以它們?yōu)槭车脑�生動物捕食者�?chuàng)造了暫時的資源豐富的生態(tài)位，支持了更廣泛的捕食者類群。

其次，寄生蟲在耕作土壤中受到抑制。作者認為這可能是由于耕作機械性地破壞了越冬的植物殘體或動物宿主結(jié)構(gòu)（如昆蟲卵、線蟲胞囊），從而影響了依賴這些宿主的寄生性原生動物的存活。例如，植物寄生蟲 Plasmodiophorida 在免耕土壤中更常見。這提示耕作可能有助于降低某些土傳植物病害的風險。

第三，光養(yǎng)者在耕作土壤中增加。這最可能的原因是耕作將土壤翻動并混合，增加了表層土壤的光照暴露面積，為進行光合作用的原生動物（如一些綠藻 Bracteacoccus， Tetracystis）創(chuàng)造了更有利的生長條件。同時，耕作也可能將深層土壤中的光養(yǎng)生物休眠體（如孢子）帶到表層，增加了其物種豐富度。

關于施肥制度的影響，研究發(fā)現(xiàn)雖然肥料類型顯著改變了群落的分類學結(jié)構(gòu)，但對整體功能群分布的沖擊力不如耕作強烈，表現(xiàn)出一定的功能冗余性。不過，有機肥傾向于富集捕食者類群，這可能與有機質(zhì)輸入支持了更復雜的微生物食物網(wǎng)有關。

最后，研究還發(fā)現(xiàn)硝化抑制劑在本實驗條件下對原生動物群落沒有顯著影響，這一結(jié)果為評估這類用于減少溫室氣體排放的農(nóng)用化學品的環(huán)境風險提供了重要數(shù)據(jù)。

總而言之，本研究系統(tǒng)揭示了常規(guī)翻耕這一農(nóng)業(yè)實踐對土壤原生動物功能群組成的深刻影響：它促進了捕食者和光養(yǎng)者，同時抑制了寄生蟲。這些變化可能通過上行效應（改變獵物資源）、增加光照可得性以及破壞宿主關聯(lián)物質(zhì)等機制實現(xiàn)，對土壤養(yǎng)分循環(huán)、碳輸入和植物健康具有潛在影響。相比之下，肥料主要影響群落結(jié)構(gòu)而非功能群，硝化抑制劑則作用不顯。這項研究不僅驗證了“耕作促進捕食者”的假說，更突出了在評估土壤微生物群落變化時，結(jié)合功能注釋與分類學信息的重要性，避免僅從分類學變化過度推斷生態(tài)功能影響。研究為深入理解農(nóng)業(yè)管理措施如何通過調(diào)控土壤生物功能網(wǎng)絡來影響生態(tài)系統(tǒng)服務，以及推動可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了新的科學視角。