接種蚯蚓和腐解菌對秸稈腐解及土壤礦物結合有機碳形成的影響

收稿日期：2023-07-07

基金項目：江蘇省自然科學基金項目（BK20200552）

作者簡介：裴詩宇（1998-），男，河南新鄉人，碩士研究生，主要從事土壤動物對土壤有機碳動態影響的相關研究。（E-mail）2021803157@stu.njau.edu.cn

通訊作者：葉成龍，（E-mail）chenglongye@njau.edu.cn

摘要： 為了探究接種蚯蚓和腐解菌對秸稈分解及土壤礦物結合有機碳形成的影響，本研究以商品腐解菌和赤子愛勝蚓為接種物，分別設置僅添加秸稈（CK）、添加秸稈并接種腐解菌（SM）、添加秸稈并接種赤子愛勝蚓（SE）和添加秸稈并同時接種腐解菌和赤子愛勝蚓（SME）的試驗處理，探討腐解菌和蚯蚓的交互作用對土壤溫室氣體排放、細菌和真菌豐度、團聚體結構、金屬離子含量、顆粒有機碳含量及礦物結合有機碳含量的影響及潛在機制。結果表明：（1）與CK相比，SE和SME處理顯著增加了秸稈的腐解率；（2）與CK相比，SE和SME處理顯著促進了土壤CO2和N2O的排放；SE和SM處理顯著增加了土壤細菌的豐度，但是各處理間土壤真菌豐度無顯著差異；（3）與CK相比，SE和SME處理顯著增加了土壤中可提取鈣鎂含量，但是各處理間的非晶型鐵鋁含量和團聚體結構無顯著差異；（4）與CK相比，SE和SME處理顯著增加了土壤礦物結合有機碳和鈣鎂結合碳的含量，但是各處理間顆粒有機碳、鐵鋁結合碳的含量無顯著差異；（5）線性回歸分析結果表明，土壤鈣鎂結合碳含量與土壤可提取鈣鎂含量顯著正相關，土壤礦物結合有機碳含量與細菌基因拷貝數呈正相關。綜上所述，蚯蚓主導了秸稈的腐解和礦物結合有機碳的形成，蚯蚓和腐解菌的交互作用沒有進一步促進秸稈腐解轉化為土壤礦物結合有機碳。

關鍵詞： 土壤有機碳；土壤活性礦物；秸稈還田；腐解菌；蚯蚓

中圖分類號： Q148；S152 文獻標識碼： A 文章編號： 1000-4440（2024）08-1424-10

Effects of earthworms and straw-decomposing microbial inoculants on straw decomposition and soil mineral-associated organic carbon formation

PEI Shiyu1， YANG Jiawei1， WU Bin1， ZHAO Yexin1， YE Chenglong1， HU Shuijin1，2

（1.College of Resources and Environmental Sciences， Nanjing Agricultural University， Nanjing 210095， China;2.Department of Entomology and Plant Pathology， North Carolina State University， Raleigh 27695， USA）

Abstract： To explore the impact of earthworms and straw-decomposing microbial inoculants on straw decomposition and the formation of soil mineral-associated organic carbon， we conducted an incubation experiment with four treatments， i.e.， soil + straw （CK）， soil + straw + straw-decomposing microbial inoculant （SM）， soil + straw + earthworms （SE） and soil + straw + straw-decomposing microbial inoculant + earthworms （SME）， to investigate interactive effects of straw-decomposing microbial inoculants and earthworms on soil greenhouse gas emission， bacterial and fungal abundance， soil aggregate structure， metal ion content， particulate organic carbon content and mineral-associated organic carbon content. The results indicated that compared with CK， SE and SME treatments significantly increased the straw decomposition rate and promoted the emission of CO2 and N2O in soil. In addition， SE and SM treatments significantly increased bacterial abundance compared with CK， while there was no significant difference in soil fungal abundance among treatments. Compared with CK， SE and SME treatments significantly increased the contents of extractable calcium and magnesium in soil， and significantly facilitated the formation of mineral-associated organic carbon and Ca/Mg-associated carbon. But there were no significant differences in aggregate structure and the contents of non-crystalline Fe and Al， particulate organic carbon and Fe/Al-associated carbon among treatments. Linear correlation analysis showed that mineral-associated organic carbon formation and Ca/Mg-associated carbon were positively related with bacterial gene copy number and content of soil extractable Ca and Mg， respectively. In conclusion， earthworms dominated straw decomposition and mineral-associated organic carbon formation， and the interactions between earthworms and straw-decomposing microbial inoculants did not further promote the decomposition of straw into mineral-bound organic carbon.

Key words： soil organic carbon;soil reactive metals;straw returning;straw-decomposing microbial inoculant;earthworm

土壤有機碳不僅在調節生態系統碳平衡過程中起到至關重要的作用[1]，而且還是衡量土壤肥力的重要指標[2-3]，提升農田土壤有機碳含量是提高農業生產力的關鍵所在。據統計，中國農作物秸稈年均產量多達8.65×108 t[4]，農作物秸稈是農田土壤有機碳的重要來源，且含有植物生長所必須的氮、磷、鉀等營養元素[5]，因此秸稈還田是提升土壤有機碳含量及農作物產量經濟且有效的手段。然而秸稈直接還田腐解緩慢，秸稈中的養分難以釋放到土壤中，還會造成耕作困難和病蟲害蔓延等問題[6-7]。腐解菌劑是一種由黑曲霉、酵母菌及芽孢桿菌等微生物組成的復合制劑[8]，能夠加速秸稈中纖維素、半纖維素及木質素等有機物質的分解，目前已被廣泛應用于加速還田秸稈的分解[8-10]。此外，作為土壤生態系統中常見的大型無脊椎動物，蚯蚓的活動能夠提高土壤中微生物的活性，促使秸稈與土壤混合，進而能夠加快秸稈向土壤有機碳的轉化[11-12]。

目前根據穩定性的差異通常將土壤有機碳劃分為顆粒有機碳和礦物結合有機碳2種形式[13-15]。其中顆粒有機碳主要由植物凋落物和其他有機殘余物組成，直接存在于土壤中或受團聚體保護，易被土壤微生物利用[16]。而礦物結合有機碳主要來源于微生物衰亡后形成的微生物殘體碳，是土壤中的有機碳與礦物相互作用形成的有機礦物復合體，具有較高的穩定性，能夠在土壤中保留幾百甚至上千年[14]。土壤有機碳的穩定性會影響其在土壤中的周轉和儲量，因此促進秸稈分解轉化為礦物結合有機碳對于緩解全球氣候變化、提升農田土壤有機碳含量及穩定性都具有重要意義。

越來越多的研究結果表明土壤中微生物的死亡殘體碳是土壤礦物結合有機碳的主要來源[17-18]，秸稈分解過程中產生的小分子水溶性有機碳也容易被土壤礦物吸附形成礦物結合有機碳，并且這些小分子有機碳很容易被微生物利用，促進土壤微生物的生長[19-20]。腐解菌劑的施用能夠加速秸稈中有機碳的釋放并能夠直接增加土壤微生物生物量[9， 21]，因此施用腐解菌劑能夠直接或間接地促進礦物結合有機碳的形成。目前有大量研究結果表明，蚯蚓能夠促進土壤微生物生物量的積累和微生物殘體的周轉，進而促進礦物結合有機碳的形成[11，22-24]。此外，土壤中金屬氧化物和黏土礦物也是影響礦物結合有機碳形成的重要因素，其中非晶形鐵鋁氧化物具有較大的比表面積，能夠通過吸附和共沉淀等方式與土壤有機碳相互作用形成礦物結合有機碳[25-26]，交換性鈣鎂離子能夠通過多價陽離子橋鍵與土壤有機碳結合形成礦物結合有機碳[27]，目前已有研究發現，蚯蚓能夠提升土壤可提取鈣鎂含量[28-30]，這有益于礦物結合有機碳的形成，但還需要試驗進一步驗證。目前還不清楚腐解菌與蚯蚓之間是否存在協同作用共同促進秸稈的分解及其向土壤礦物結合有機碳的轉化。因此，本研究擬通過室內培養試驗，向土壤中接種腐解菌和蚯蚓，探究腐解菌和蚯蚓的交互作用對土壤理化性質、溫室氣體排放量以及土壤有機碳含量的影響，以期為研究腐解菌和蚯蚓調控農田秸稈腐解及土壤有機碳形成的機制提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試土壤和材料

土壤采自江蘇省常熟市古里鎮康博村（31°30′N，120°33′E），該地區位于太湖平原中部，屬于亞熱帶季風氣候，年均氣溫為16 ℃，年均降雨量為1 100～1 200 mm。種植制度為水稻-冬小麥輪作，土壤類型為湖積物母質發育而成的水稻土，試驗前土壤基本理化性質如下：pH值為7.0，有機碳含量為19.2 g/kg，全氮含量為1.6 g/kg，速效磷含量為12.3 mg/kg，速效鉀含量為93.4 mg/kg，交換性鈣含量為3.4 g/kg，交換性鎂含量為0.5 g/kg，土壤砂粒、粉粒和黏粒的含量分別為33.8%、38.6%、27.6%。

土壤樣品采集于2021年3月，在稻田中隨機采集表層0～20 cm的土壤10鉆，均勻混合后過8 mm篩去除肉眼可見的植物殘體及砂石等雜質，保存于4 ℃冰箱備用。本研究中采用的秸稈為玉米秸稈，蚯蚓為正蚓科愛勝蚓屬的赤子愛勝蚓（Eisenia foetida），腐解菌劑由河南沃寶生物科技有限公司生產，腐解菌的主要菌屬為芽孢桿菌、木霉菌、酵母菌等。

1.2 試驗設計

稱取過8 mm篩的250 g土壤（干重）置于密封良好的500 ml棕色培養瓶中，將土壤水分調節到田間最大持水量的60%，在20 ℃條件下預培養3 d后向每個培養瓶中加入秸稈1 g（干重），用剪刀剪成2 cm長的小段，使秸稈平鋪于土壤表面，模擬秸稈破碎后直接還田。試驗共設置4個處理，包括：僅添加秸稈的對照（CK）；添加秸稈并接種赤子愛勝蚓（SE）；添加秸稈并接種腐解菌（SM）；添加秸稈并同時接種赤子愛勝蚓和腐解菌（SME）。在接種蚯蚓的處理中，向每個培養瓶中接種重量和活力相似的蚯蚓4條；在接種腐解菌的處理中，稱取0.1 g腐解菌劑（有效活菌數約為1.0 g 1×109）溶于無菌水后均勻撒在秸稈表面。每個處理設置4個重復，于20 ℃恒溫培養室中培養46 d，培養期間定期補充去離子水保持含水量恒定。在培養的前21 d內每天進行土壤CO2和N2O排放速率的測定，之后每隔1 d進行測定。培養結束后，對培養瓶中的土壤進行破壞性采樣，將土壤中的秸稈用鑷子取出，烘干后稱重量，計算秸稈的腐解率，計算公式為：

R=（m1-m0）/m0（1）

R為秸稈腐解率，m1為試驗結束時秸稈的干重（g），m0為試驗開始時加入的秸稈干重（g）。每個培養瓶中的土壤混合均勻后，分成兩部分。一部分鮮土用于土壤微生物豐度和群落結構的測定，另一部分土壤自然風干后用于土壤基本理化性質、顆粒有機碳及礦物結合有機碳含量等指標的測定。

1.3 土壤基本理化性質指標及微生物指標的測定

土壤pH采用奧豪斯pH計（Ohaus公司產品）測定（水土質量比2.5∶1.0）；土壤可溶性有機碳用0.5 mol/L的硫酸鉀（K2SO4）溶液浸提后（水土質量比4∶1），采用TOC分析儀（Analytik Jena公司產品）測定含量；土壤非晶形鐵鋁采用0.2 mol/L草酸銨溶液提取（水土質量比50∶1），并在25 ℃避光條件下振蕩2 h，分離出上清液，采用ICP-OES電感耦合等離子體發射光譜儀（Agilent Technologies公司產品）測定含量。土壤可提取鈣鎂采用0.11 mol/L乙酸溶液提取（水土質量比20∶1），在22 ℃條件下振蕩16 h，分離出上清液，采用ICP-OES電感耦合等離子體發射光譜儀測定含量。

土壤真菌和細菌的豐度采用熒光定量PCR法測定。稱取0.25 g鮮土，使用MoBio Power SoilTM DNA提取試劑盒提取DNA，然后使用QuantStudioTM 3熒光定量PCR儀（Applied Biosystems公司產品）和 SYBRPremix Ex TaqTM試劑盒（TaKaRa公司產品）對提取的土壤DNA進行擴增和測定。qPCR反應體系為25.0 μL，包括12.5 μL SYBRPremix Ex TaqTM、0.5 μL正向引物、0.5 μL反向引物、0.5 μL ROX Reference Dye II（50×）、1.0 μL DNA模板以及10.0 μL ddH2O。用含有環境DNA克隆靶基因產物的 pMD-19質粒構建基因拷貝數的標準曲線。細菌定量擴增引物為Eub338和Eub518（表1），擴增程序為：95 ℃ 3 min；95 ℃ 15 s，65 ℃ 30 s，72 ℃ 30 s，進行40個循環；95 ℃ 15 s，60 ℃ 1 min，95 ℃ 15 s。真菌定量擴增引物為ITS3和ITS4（表1），反應條件為95 ℃ 3 min；95 ℃ 30 s，53 ℃ 30 s，72 ℃ 30 s，40個循環；95 ℃ 15 s，60 ℃ 1 min，95 ℃ 15 s。

選取細菌16S rRNA基因的V4區和真菌的ITS3和ITS4區，并通過上海派森諾生物科技股份有限公司在Illumina MiSeq測序平臺對擴增產物進行高通量測序。然后，采用QIIME1.9.1去除低質量序列并用核糖體數據庫（RDP）去除嵌合體，將得到的高質量序列采用UPARSE軟件以97%的相似度進行操作分類單元（Operational taxonomic units， OTUs）的劃分。最后，利用細菌和真菌群落的OTUs計算豐富度指數Chao1和Shannon多樣性指數。

1.4 土壤CO2和N2O排放速率的測定

土壤CO2和N2O排放速率采用氣相色譜法測定。測定前用高純空氣（70% 氮氣，30% 氧氣）排除培養瓶中的CO2和N2O氣體，在25 ℃黑暗條件下培養1 h后，用注射器從培養瓶中抽取10 mL左右的氣體，再將氣體樣品注入氣相色譜（Agilent Technologies公司產品）中測定CO2和N2O濃度，氣體排放速率的計算公式為[31]：

F=C×V×ρ/m×24×n（2）

式中：F為土壤氣體排放速率；C為氣相色譜測得的氣體濃度；V為標準狀況下（0 ℃， 101.3 kPa）的氣體總體積（L）；ρ為標準狀況下的氣體密度（g/L）；m為培養瓶內干土重量（g）；24為換算時間（h），將1 h的氣體排放速率換算為1 d的排氣速率；n為C或N的摩爾分數（C為12/44，N為28/44），由于N2O排放速率較小將計算結果擴大1 000倍，單位換算為[μg /（kg·d），干土]。

氣體累積排放量的計算公式[31]為：

G=∑ni=0FiTi（3）

式中，G為培養第n d氣體累積排放量；Fi為連續2次測得的氣體排放速率平均值；Ti為連續2次測定的時間間隔（d）。

1.5 土壤團聚體分級

土壤團聚體分級采用濕篩法[32]。稱取20 g風干土樣置于孔徑為250 μm的篩中，在室溫（20 ℃）條件下浸沒于去離子水中2 min，使水分充滿土壤孔隙。首先，手動上下振蕩篩子5 min，振幅在3 cm左右，頻率為1 min 50次，將滯留于篩上的土壤顆粒用水清洗并轉移至離心管中，得到大于250 μm的大團聚體組分。其次，將土壤懸濁液倒入孔徑為53 μm的篩子，重復上述步驟，得到53～250 μm的團聚體組分。將余下的土壤懸液進行離心，得到小于53 μm的團聚體組分。將回收的樣品在65 ℃條件下烘干至恒重后，對不同粒徑團聚體進行稱重，團聚體平均重量直徑（MWD）按公式（4）計算[33]：

MWD=∑Ri×wi（4）

式中，MWD為平均重量直徑；Ri為相鄰2級篩孔的平均直徑（mm）；wi為不同粒級團聚體的相對質量分數（%）。

1.6 土壤顆粒有機碳和礦物結合有機碳的測定

稱取10 g風干土樣裝入50 mL離心管中，加入30 mL 0.5%的六偏磷酸鈉溶液和玻璃珠若干，180 r/min振蕩18 h，使土壤溶液分散。將振蕩后的溶液過53 μm篩，大于53 μm的部分即為顆粒有機碳組分，小于53 μm的部分為礦物結合有機碳組分。將各組分在55 ℃下烘干后稱重量，磨細后過80目篩，采用元素分析儀（Elementar公司產品）測定顆粒有機碳和礦物結合有機碳含量。

采用連續提取法測定土壤鈣鎂和鐵鋁結合有機碳的含量[34]。首先，稱取0.25 g小于53 μm的礦物結合有機碳組分放入50 mL離心管中，加入0.5 mol/L的硫酸鈉（Na2SO4）溶液20 mL，180 r/min振蕩2 h，3 000 r/min離心10 min后，用總有機碳（TOC）含量分析儀測定上清液中的有機碳含量，即可計算得到鈣鎂結合有機碳含量。去除離心管中剩余的Na2SO4溶液后，稱取0.40 g連二亞硫酸鈉（Na2S2O4）放入離心管中，加入40 mL去離子水，180 r/min振蕩16 h，3 000 r/min再次離心10 min，用TOC含量分析儀測定上清液中的有機碳含量，可計算得到鐵鋁結合有機碳含量。

1.7 數據處理

數據統計分析和繪圖均使用R統計軟件（Version 4.1.1）。采用單因素方差分析（One-way ANOVA）檢驗不同處理對秸稈腐解率、土壤理化性質和微生物學性質的影響，并用最小顯著性差異法（LSD）進行差異顯著性檢驗。利用基于Bray-Curtis距離的非度量多維尺度（Non-metric multidimensional scaling， NMDS）分析比較不同處理間微生物群落結構的差異。采用線性回歸模型分析影響土壤礦物結合有機碳含量與土壤理化性質指標和微生物學指標之間的相關性。

2 結果與分析

2.1 蚯蚓及腐解菌對秸稈腐解率的影響

圖1顯示，與CK相比，SE和SME處理均顯著增加了秸稈的腐解率，使得秸稈的腐解率分別顯著提升27.36%和25.38%（P<0.05），而SM處理對秸稈腐解率無顯著影響（P>0.05）。

2.2 蚯蚓及腐解菌對土壤理化性質及微生物學性質的影響

由圖2可知，蚯蚓及腐解菌添加對土壤可溶性有機碳、非晶形鐵、非晶形鋁含量均無顯著影響（P>0.05，圖2A、圖2C、圖2D）。與CK相比，SE和SME處理均顯著增加了土壤可提取鈣鎂含量（P<0.05，圖2B），SM處理對土壤可提取鈣鎂含量無顯著影響（P>0.05，圖2B）。與CK相比，SE和SM處理均顯著增加了土壤細菌基因拷貝數（P<0.05，圖2E）。不同處理間土壤真菌基因拷貝數無顯著差異（P>21337b83fcdf1dd387a13895cbb100280.05，圖2F）。

由NMDS分析可知，與CK相比，SE、SM和SME處理均顯著改變了土壤細菌和真菌的群落結構（P<0.05，圖3A、圖3B），不同處理間細菌群落多樣性無顯著差異（P>0.05，圖3C、圖3E），但與CK相比，SE和SM處理均顯著降低了真菌群落多樣性（P<0.05，圖3D、圖3F）。

2.3 蚯蚓及腐解菌對土壤CO2和N2O排放的影響

與CK相比，SE與SME處理均顯著增加了土壤CO2及N2O排放速率（P<0.05，圖4A、圖4B），且顯著提高了土壤CO2及N2O的累積排放量（P<0.05，圖4C、圖4D），SM處理對土壤CO2及N2O排放速率和累積排放量無顯著影響（P>0.05，圖4）。

2.4 蚯蚓及腐解菌對土壤團聚體和土壤有機碳含量的影響

不同處理對土壤團聚體平均重量直徑無顯著影響（P>0.05，圖5A）。與CK相比，SE和SME處理均顯著增加了土壤礦物結合有機碳含量和鈣鎂結合碳含量（P<0.05，圖5B、圖5D），SM處理對土壤礦物結合有機碳和鈣鎂結合碳含量影響不顯著（P>0.05，圖5B、圖5D），不同處理間土壤顆粒有機碳和鐵鋁結合碳含量無顯著差異（P>0.05，圖5C、圖5E）。線性回歸分析結果（圖6）表明，土壤中鈣鎂結合碳含量與可提取鈣鎂含量之間存在顯著正相關關系（R2 = 0.40，P<0.01），土壤礦物結合有機碳含量與細菌基因拷貝數之間存在正相關關系（R2 =0.22，P=0.07）。

3 討論

3.1 蚯蚓及腐解菌對土壤理化性質及溫室氣體排放的影響

本研究發現接種蚯蚓顯著提高了土壤可提取鈣鎂含量，這與先前一些研究[28-30]的結果一致，蚯蚓能夠通過多種途徑增加土壤交換性陽離子含量。首先，蚯蚓分泌的黏液以及排泄的蚓糞中有大量的鈣鎂等營養元素，能夠直接向土壤釋放鈣鎂離子。其次，蚯蚓取食土壤并通過腸道的消化作用促進土壤交換性鈣鎂的釋放[28]。需要指出的是，本研究所用的赤子愛勝蚓存在鈣腺，能夠向土壤中分泌碳酸鈣[35-36]，該過程可以直接增加土壤可提取鈣含量。Dobson等[29]也提出，蚯蚓還能夠通過加速凋落物分解促進凋落物中的可提取陽離子如Ca2+、Mg2+、K+等釋放到土壤中。

許多研究結果表明，蚯蚓在土壤中的活動能夠促進團聚體的形成[37-39]。蚯蚓一方面能夠通過取食土壤直接影響土壤團聚體的結構，另一方面也可以通過排泄蚓糞、捕食土壤微生物以及促進土壤有機質形成等途徑來間接影響土壤團聚體結構[39]。然而由于不同種類蚯蚓取食偏好和生境類型的差異，其對土壤團聚體的影響也有所不同[40]。本研究發現，接種赤子愛勝蚓對土壤團聚體結構并無顯著影響，這與前人的研究結果[40-41]一致。其主要原因可能是由于接種的赤子愛勝蚓為表棲類蚯蚓，主要在土壤表層或枯枝落葉層活動，對土壤團聚體的形成影響較小[37，40-41]。

本研究中，接種蚯蚓顯著增加了土壤CO2排放，而單獨添加腐解菌對土壤CO2排放的影響不顯著，以往的許多研究結果都證實了接種蚯蚓能夠顯著提升土壤CO2的排放[42-46]，這與本研究結果一致。蚯蚓能夠通過自身的呼吸作用直接提升土壤CO2的排放[44]，而蚯蚓促進土壤CO2排放的另一重要原因是其在土壤中的活動促進了微生物對秸稈的分解。首先，蚯蚓的活動能加速秸稈破碎，促進秸稈與土壤的混合，從而使秸稈更容易被微生物分解[42]。其次，蚯蚓排泄到土壤中的蚓糞能夠為微生物提供大量易于利用的營養物質和能量，從而促進微生物的生長繁殖[44-45]。此外，本研究發現蚯蚓顯著增加了土壤N2O排放，這主要是由于蚯蚓腸道為厭氧環境，并且富集了大量的礦質氮和微生物可利用的碳底物，對反硝化微生物的活動和生長十分有利[47]。此外，蚯蚓的挖穴活動會促進凋落物與土壤混合，改變土壤通氣性和含水率，為硝化微生物提供更適宜生存的環境[48]，并且蚯蚓體表分泌的黏液以及排出的蚓糞也為硝化微生物和反硝化微生物提供更多易分解的碳源、氮源，促進土壤中的反硝化作用，從而增加N2O的排放[49-50]。

在本研究中，添加腐解菌并沒有顯著促進秸稈的腐解，對土壤溫室氣體排放也無顯著影響。腐解菌的促腐作用會受到秸稈類型、秸稈初始碳氮比、土壤理化性質及土壤有機碳含量等多種因素的影響[51]。本研究中，腐解菌的促腐效應不顯著可能是由于以下2點原因：第一，向中性土壤中添加腐解菌并不能顯著促進秸稈的腐解[52]。本研究所用的土壤pH正好為7.0，本研究的結果也進一步證實上述研究的結果。第二，腐解菌進入土壤后會與土著微生物群落產生競爭，而中性土壤中微生物的豐度和活性相比于酸性或堿性土壤更高[53-54]，對外源腐解菌的競爭作用也更大，因此更易導致腐解菌的功能發揮受阻[55]。

3.2 蚯蚓及腐解菌對土壤礦物結合有機碳形成的影響

越來越多的研究結果表明，蚯蚓在土壤有機碳形成及穩定的過程中起到重要作用[22，24]。Angst等[11]指出，蚯蚓能夠通過促進微生物殘體的積累，進而促進礦物結合有機碳形成。本研究發現，蚯蚓顯著增加了土壤中礦物結合有機碳含量，并且細菌豐度與礦物結合碳含量呈正相關，該結果進一步證實了上述觀點。同時，蚯蚓顯著增加了土壤礦物結合有機碳中的鈣鎂結合有機碳含量，且鈣鎂結合有機碳含量與土壤可提取鈣鎂含量呈顯著正相關。該結果表明，蚯蚓活動釋放的鈣鎂離子在土壤中可以有效地與有機碳分子結合形成鈣鎂結合碳，這揭示了蚯蚓促進土壤礦物結合有機碳形成的另一條重要途徑。但我們發現接種蚯蚓并沒有促進鐵鋁結合碳的形成，這可能是由于接種蚯蚓并未增加土壤中非晶形鐵鋁氧化物含量。非晶形鐵鋁氧化物具有較大的比表面積，能夠通過吸附和共沉淀等方式與土壤有機碳結合[25，56]。有研究結果表明土壤中氧化還原條件的波動能夠增加鐵的溶解，進而促進非晶形鐵氧化物的形成[57-58]，雖然蚯蚓在土壤中的活動能夠增加土壤的通氣性，但可能由于在本研究中會定期對培養瓶進行通氣維持培養瓶中氧氣濃度，培養瓶中氧化還原條件波動不大，因此非晶形鐵鋁氧化物的含量變化不明顯。

盡管添加腐解菌同樣增加了土壤細菌豐度，但對土壤礦物結合有機碳的形成沒有顯著影響，可能是由于以下2點原因：首先，土壤中的非晶形鐵鋁氧化物及可提取鈣鎂含量是影響土壤礦物結合有機碳形成的重要因素，添加腐解菌后土壤非晶形鐵鋁氧化物及可提取鈣鎂含量均無顯著變化。其次，在本研究中腐解菌并沒有促進秸稈的腐解，這表明腐解菌并沒有顯著促進秸稈轉化為容易與土壤礦物結合的小分子有機碳化合物。

4 結論

本研究結果表明，蚯蚓能夠提升土壤微生物活性，進而促進秸稈腐解，增加土壤CO2與N2O的排放量，并能夠通過增加土壤可提取鈣鎂含量促進礦物結合有機碳的形成，提高土壤的碳固定。然而，腐解菌對秸稈腐解的促進作用不顯著，且蚯蚓和腐解菌的交互作用沒有進一步顯著促進秸稈分解轉化為土壤礦物結合有機碳，其原因還需要進一步探究。

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（責任編輯：陳海霞）