在中国南方，对异养蚯蚓（Amynthas aspergillum）进行单一种植和共种植的密集培养：通过调节微生物生物量和群落结构来影响土壤有机碳的垂直积累

《Geoderma》：Intensive culture of anecic earthworms ( Amynthas aspergillum) under monoculture and coculture: impacts on vertical soil organic carbon accumulation via regulating microbial biomass and community structure in South China

　　研究-intensive农业管理措施对土壤有机碳（SOC）的影响，发现 Earthworms 单一培养在0-40cm土层显著增加SOC，而植物-蚓共培养（LJ-AA）在0-80cm土层增加率达9.3%-106%。通过调控微生物生物量和群落结构，尤其是减少真菌与细菌比例，促进POC积累，进而增强MAOC形成，最终实现SOC垂直累积。共培养系统在碳封存和微生物生长方面更具优势。

　　### 土壤有机碳积累与蚯蚓农业实践：多维影响机制与潜在生态价值

在当今全球气候变化和生态环境保护日益受到重视的背景下，土壤有机碳（SOC）的稳定与提升成为农业可持续发展和碳汇建设的重要议题。SOC不仅是土壤肥力和生态系统功能的关键组成部分，还对全球碳循环具有深远影响。尤其在深层土壤中，SOC的储量超过全球总量的50%，这使得对其变化机制的研究具有重要的科学意义和应用价值。近年来，多样化的农业管理实践对SOC动态的影响逐渐成为土壤科学研究的核心内容之一，其中，蚯蚓密集栽培（Intensive Culture of Anecic Earthworms, ICAE）作为一种独特的农业模式，在中国南方地区展现出显著的生态与经济潜力。然而，关于ICAES对SOC含量及其组分的具体影响机制，尤其是在全土壤剖面中的作用，仍然存在许多未解之谜。

ICAES不仅能够通过调节微生物群落结构和生物量来促进SOC的垂直积累，还能通过不同的土壤碳组分（如颗粒有机碳POC和矿物结合有机碳MAOC）的形成与转化，推动SOC的稳定和长期储存。研究发现，相较于单一的蚯蚓栽培系统，植物-蚯蚓复合栽培系统在促进SOC积累和微生物活动方面展现出更强的潜力。这为南方地区农业实践提供了新的思路，即通过构建更加生态友好的复合系统，实现土壤碳固存与农业生产的双赢。

### 土壤有机碳的动态变化与ICAES的作用

在本研究中，通过两年的田间实验，对ICAES在不同土壤深度（0–80 cm）对SOC含量及其组分的影响进行了系统分析。结果显示，与对照相比，单一蚯蚓栽培（AA）显著提高了0–40 cm土壤层的SOC含量，增幅达到61%至77%。而植物-蚯蚓复合栽培（LJ-AA）则在全剖面范围内（0–80 cm）表现出更广泛的SOC提升效果，增幅在9.3%至106%之间。这一发现表明，ICAES不仅能够提升表层土壤的碳储量，还能有效促进深层土壤的碳积累，从而增强土壤的碳固存能力。

SOC的组分变化同样值得关注。研究发现，ICAES对MAOC和POC的影响显著，尤其是在0–20 cm和40–60 cm土壤层中，MAOC和POC的含量均显著增加。其中，POC的增幅尤为突出，达到134%。这些变化表明，ICAES通过改变土壤环境，促进了有机碳的快速分解与转化，从而增强了土壤碳的稳定性。值得注意的是，ICAES对MAOC: SOC和POC: SOC比例的影响并不显著，说明其主要作用在于提高SOC的总量，而非改变其组分结构。

### 土壤pH与酶活性的变化：ICAES的间接影响

ICAES对土壤pH和酶活性的影响为理解其对SOC的调控机制提供了重要线索。实验结果显示，ICAES在不同土壤层中对pH产生了不同的调节作用。在0–20 cm土壤层中，复合栽培系统显著提高了pH值，而在20–40 cm和40–60 cm土壤层中，其降低了pH值。这种pH的变化可能是由于ICAES改变了土壤有机质的分解速率和微生物活动模式，进而影响了土壤酸碱平衡。

此外，ICAES对土壤酶活性的影响也呈现出明显的分层特征。在60–80 cm土壤层中，ICAES显著降低了过氧化物酶（POD）的活性，而在20–40 cm土壤层中，其降低了多酚氧化酶（PPO）的活性。同时，在40–60 cm和60–80 cm土壤层中，ICAES降低了β-D-葡萄糖苷酶（BG）和纤维二糖水解酶（CBH）的活性。这些变化可能反映了ICAES对微生物代谢过程的调控作用，即通过改变土壤碳源的可利用性，影响了酶的活性与土壤碳循环的效率。

然而，ICAES对某些酶活性的影响并非单一方向。例如，在40–60 cm和60–80 cm土壤层中，复合栽培系统反而提高了PPO的活性，这可能与植物根系对土壤环境的改善有关。植物根系不仅提供了额外的碳源，还通过物理结构的改善，促进了土壤微生物的多样性与活性，从而影响了酶的分布和活性变化。

### 微生物群落结构的调控：ICAES的核心机制

微生物群落结构的变化是ICAES影响SOC的重要途径之一。研究发现，ICAES显著增加了0–20 cm土壤层中的总微生物生物量（Total PLFAs），并降低了该层中的真菌-细菌比（F: B）和革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌比（G?: G?）。这表明，ICAES促进了细菌的增殖，同时抑制了真菌的生长。这种微生物群落的调控可能与土壤碳的输入方式和分解路径密切相关。

真菌通常偏好分解稳定的有机质，而细菌则更擅长利用易分解的碳源。ICAES通过增加土壤中易分解的有机质（如分解后的牛粪），为细菌提供了丰富的营养来源，从而改变了微生物群落的结构。此外，ICAES还通过降低土壤pH值，影响了微生物的代谢活动和群落组成。这一现象在0–20 cm土壤层中尤为明显，表明ICAES对土壤pH的调控是其影响微生物群落的重要因素之一。

在深层土壤（60–80 cm）中，ICAES同样对微生物群落产生了显著影响。尽管该层的微生物生物量较低，但ICAES通过改变土壤环境，促进了微生物的多样性。这一变化可能与深层土壤中碳源的可利用性增加有关，从而支持了微生物的生存与活动。然而，与表层土壤相比，深层土壤的微生物活动受到更多限制，因此ICAES对其影响可能更为间接。

### 土壤微生物的碳调控作用：从生物量到碳组分

土壤微生物在ICAES中扮演着关键角色，其生物量和群落结构的变化直接影响SOC的积累与稳定性。研究发现，SOC、MAOC和POC的含量均与微生物生物量呈正相关，而与F: B比呈负相关。这表明，微生物的活动是SOC积累的重要驱动力，而真菌与细菌的比例变化则反映了土壤碳的输入类型和分解路径。

在ICAES系统中，微生物通过分解外源有机质（如牛粪）和内源有机质（如植物残体），生成大量POC。随后，POC通过吸附和与矿物结合，转化为MAOC，从而增强SOC的稳定性。这一过程表明，微生物不仅是SOC的直接生产者，还通过复杂的生物化学反应，间接影响了SOC的长期储存。

此外，研究还发现，ICAES对微生物的调控作用具有深度依赖性。在表层土壤（0–20 cm）中，微生物生物量和群落结构的变化最为显著，而在深层土壤（60–80 cm）中，这种影响则相对较弱。这一现象可能与深层土壤中碳源的可利用性较低以及微生物活动受到物理结构限制有关。

### 植物-蚯蚓复合栽培的优势：提升SOC与微生物活性

植物-蚯蚓复合栽培（LJ-AA）在促进SOC积累和微生物活性方面表现出更强的潜力。与单一蚯蚓栽培（AA）相比，复合栽培不仅提高了全剖面SOC的含量，还增强了土壤微生物的多样性。这种优势可能源于植物根系与蚯蚓活动的协同效应，即植物根系通过物理作用改善土壤结构，为蚯蚓的垂直迁移提供通道，而蚯蚓则通过其活动促进碳的分解与转化。

此外，植物-蚯蚓复合栽培系统还能通过增加植物残体的输入，提高土壤中POC的含量。植物根系分泌的有机物质为微生物提供了丰富的营养来源，从而支持了微生物的增殖与活性。这种协同作用不仅增强了SOC的积累，还可能通过微生物的活动，促进MAOC的形成，进而提高SOC的稳定性。

从生态角度来看，植物-蚯蚓复合栽培系统具有更高的可持续性。它不仅能够提升土壤碳储量，还能通过增加微生物的多样性，改善土壤生态系统的稳定性。这种系统在南方地区的应用，可能为农业可持续发展和碳固存提供新的解决方案。

### 研究的意义与未来展望

本研究为理解ICAES对SOC的影响提供了重要的科学依据。通过两年的田间实验，揭示了ICAES在调节微生物群落结构、促进SOC积累以及改善土壤碳组分稳定性方面的多重作用。研究发现，ICAES能够通过直接和间接途径，影响土壤微生物的生物量和群落结构，进而调控SOC的形成与转化。

然而，本研究也指出了未来需要进一步探索的方向。首先，ICAES对深层土壤碳动态的影响仍需更长时间的监测和研究。其次，研究应扩展至不同土壤类型和植物种类，以验证其普遍适用性。此外，ICAES对土壤碳固存的长期效应，以及其在不同气候条件下的适应性，也是未来研究的重要课题。

总之，ICAES作为一种独特的农业实践，为土壤碳固存和农业可持续发展提供了新的思路。通过调节微生物群落结构和土壤环境，ICAES不仅能够提升SOC的含量，还能增强其稳定性。植物-蚯蚓复合栽培系统在这一过程中展现出更大的潜力，为南方地区的农业实践提供了有益的参考。未来，随着对ICAES机制的深入研究，其在碳固存和生态修复中的应用前景将更加广阔。