稳定同位素示踪区分蚯蚓活动及其蚓粪对凋落物分解和土壤有机碳转化的影响

Earthworms are known to play an important role in litter decomposition and soil organic matter transformation. The present study investigated that earthworms can promote carbon sequestration through unequal amplification of carbon “stabilization” and “mineralization”, but the underlying mechanism needs to be further clarified. As products of earthworm gut, casts are sources of nutrients and biota. Therefore, earthworm casts could promote the exchange of water and nutrients between soil and litter, and accelerate the inoculation of soil microbes in litter. It is important to look at the effects of earthworm on soil organic carbon transformation, however, how much earthworm casts can contribute to soil organic carbon transformation is unclear. We propose to label the soil surface litter with 13C in an earthworm field experiment to track the decomposition and distribution of organic carbon. The objective of the study is to distinguish the effects of earthworm casts on litter decomposition and soil organic matter transformation from earthworm activities. We intend to reveal the possible mechanisms of soil carbon sequestration by soil biota.

蚯蚓在凋落物分解和有机碳转化过程中起着极其重要的作用。研究表明，蚯蚓可以通过对“碳稳定”和“碳矿化”的不对等促进而有利于碳的净固存，然而其中的机理并不明确。蚓粪作为蚯蚓肠道的产物，是独特的土壤有机质和微生物复合体，它的存在能够增加凋落物与土壤之间的水分和养分交换、加速微生物的接种效应，因此蚯蚓影响有机碳转化过程中蚓粪的作用不容忽视。目前对蚯蚓促进碳固存的研究较多，而量化并区分蚯蚓及蚓粪作用的研究较少。本研究拟通过比较有蚯蚓、无蚯蚓、添加蚓粪等处理下地表凋落物（13C标记）有机碳的去向和分配，研究蚯蚓对森林生态系统地表凋落物分解及有机碳转化的影响；区分蚯蚓活动及其蚓粪对有机质转化过程的贡献；进一步揭示蚯蚓促进碳固存以及土壤生物影响土壤碳循环的可能机制。

蚯蚓及其蚓粪在森林凋落物分解和土壤有机碳转化过程中有着极其重要的作用。为研究蚯蚓及蚯蚓粪对凋落物分解、有机碳转化以及土壤养分利用的作用和影响，我们对野外蚯蚓和蚓粪进行了监测，并设置对照（Control）、添加表栖类蚯蚓（+EP）、添加内栖类蚯蚓（+EN）和接种表栖类蚯蚓蚓粪（+Cast）四种实验处理，测定了土壤理化性质、土壤微生物、酶活性等特征，以探讨蚯蚓和蚓粪在森林肥力和土壤有机碳转化中的作用。结果表明：1）荷木林自然状态下的蚯蚓蚓粪产量季节变化显著。蚓粪的年生产量为0.83kg m-2。蚯蚓对地表0-10cm的土壤翻耕一次的时间为34.2年；2）蚓粪中的有机碳和全氮、有效氮浓度的季节变化显著，全磷和有效磷季节变化较小。蚓粪中有机碳、全氮、全磷的含量分别为68.100、4.840和 0.375 g m-2。 有效磷、氨氮、硝氮的含量分别为22.4、147.0和 61.3 mg m-2；3）蚓粪中的有机碳和养分含量、微生物量几倍于表层土壤；4）蚓粪微生物群落结构与土壤显著不同；5）添加蚯蚓显著促进了凋落物的分解和土壤蛋白酶的活性，添加蚓粪降低了过氧化物酶和磷酸酶的活性。结果表明，蚯蚓通过蚓粪过程有大量的养分积累，蚓粪中的碳和养分丰富，但是相对稳定，释放缓慢。蚯蚓的蚓粪过程对森林土壤肥力有着深远的影响。