東北地理所在蚯蚓對保護性耕作下黑土結構形成和有機碳周轉的影響機制方面取得系列進展
蚯蚓是土壤中具有重要生態功能的生物類群。蚯蚓本身及其在土壤活動中形成的生物孔隙大小、數量與連通性影響著土壤團聚體周轉，團聚體的形成與崩解又影響著有機碳的礦化分解；同時蚯蚓又影響土壤微生物數量、活性、組成和功能，微生物又影響團聚體的穩定和SOC的累積與礦化。已有研究表明，蚯蚓既能促進土壤有機碳在團聚體中的積累，也會促進有機碳的礦化，增加土壤CO2向大氣的排放。保護性耕作實施后土壤中蚯蚓數量顯著增加，那么蚯蚓數量的增加如何影響黑土有機碳的變化？這一過程中土壤結構如何響應，與有機碳發生怎樣的交互影響？針對上述科學問題，黑土有機碳與保護性耕作學科組以保護性耕作長期定位試驗基地（始于2001年）為研究平臺，通過原位監測和室內原狀土壤培養實驗（180天），探究傳統耕作和保護性耕作下蚯蚓對黑土結構和有機碳的影響及其機制。
長期定位試驗結果表明保護性耕作顯著增加了土壤蚯蚓數量。保護性耕作土壤平均重量直徑和連接性與土壤有機碳呈正相關關系，保護性耕作可以通過不同的路徑增加團聚體結構穩定性和孔隙連接性，進而增加土壤有機碳（圖1）。培養實驗結果發現，添加蚯蚓對土壤CO2排放無顯著影響，但添加秸稈后顯著增加土壤CO2排放，并且新添加的秸稈在傳統耕作和保護性耕作中具有相同的分解速率。與傳統耕作相比，蚯蚓活動有利于保護性耕作下黑土有機碳的積累，同時增加了土壤孔隙度、大孔隙平均直徑，降低了100-500μm的孔隙數量。結構方程模型模擬得出，保護性耕作下蚯蚓通過影響土壤孔隙度進而影響土壤有機碳含量, 同時得出傳統耕作下添加秸稈則可以通過提高土壤團聚體穩定性來增加土壤有機碳含量（圖2）。
以上研究由東北地理所郭亞飛碩士生（第一作者）、梁愛珍研究員（通訊作者）、張延博士、張士秀副研究員、陳學文副研究員、吳東輝研究員等共同完成。研究結果先后發表在國際土壤和環境科學領域主流學術期刊Soil & Tillage Research, Science of the Total Environment, International Journal of Environmental Research and Public Health和Ecological Indicators上。該研究得到了中國科學院前沿科學重點研究計劃項目（拔尖青年科學家）、中國科學院青年創新促進會項目和國家自然科學基金等項目的聯合資助。
論文信息:
1. Yafei Guo, Aizhen Liang*, Yan Zhang, Shixiu Zhang, Xuewen Chen, Shuxia Jia, Xiaoping Zhang, Donghui Wu. Evaluating the contributions of earthworms to soil organic carbon decomposition under different tillage practices combined with straw additions. Ecological Indicators, 2019, 105, 516–524.
https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2018.04.046.
2. Yafei Guo, Xiaoping Zhang, Yan Zhang, Donghui Wu, Neil McLaughlin, Shixiu Zhang, Xuewen Chen, Shuxia Jia, Aizhen Liang*. Temporal Variation of Earthworm Impacts on Soil Organic Carbon under Different Tillage Systems. International Journal of Environmental Research and Public Health, 2019, 16(11), 1908.
https://doi.org/10.3390/ijerph16111908.
3. Yafei Guo, Ruqin Fan, Xiaoping Zhang, Yan Zhang, Donghui Wu, Neil McLaughlin, Shixiu Zhang, Xuewen Chen, Shuxia Jia, Aizhen Liang*. Tillage-induced effects on SOC through changes in aggregate stability and soil pore structure. Science of the Total Environment, 2020, 703, 134617.
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.134617.
4. Yafei Guo, Ruqin Fan, Neil McLaughlin, Yan Zhang, Xuewen Chen, Donghui Wu, Xiaoping Zhang, Aizhen Liang*. Impacts induced by the combination of earthworms, residue and tillage on soil organic carbon dynamics using 13C labelling technique and X-ray computed tomography. Soil and Tillage Research, 2021, 205, 104737.
https://doi.org/10.1016/j.still.2020.104737.
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