近日，南京农业大学土壤生态学团队在Applied Soil Ecology上发表题为“Earthworms increase soil carbon dioxide emissions through changing microbial community structure and activity under high nitrogen addition”的研究论文，报道了蚯蚓对土壤CO₂排放的影响依赖于农田化肥氮素的用量，从蚯蚓与微生物互作的角度揭示了在高施氮量下蚯蚓增加CO₂排放及其生物学机制。鉴于目前生物地球化学模型中缺少土壤动物这一参数，该研究结果有助于提升生物地球化学模型在预测氮输入影响温室气体排放的预测能力。

已有的研究表明，土壤氮水平的提高通过改变微生物群落结构和活性可以刺激或抑制CO₂排放。作为大型土壤动物的代表，蚯蚓也被证实通过影响土壤微生物群落结构而影响土壤有机碳转化过程。农田化肥施用是提高农作物产量的重要措施，因此施氮量的提高所产生的生态环境问题成为当前关注的焦点。但是前期的研究多集中在微生物过程上，有关氮用量水平改变对蚯蚓-土壤微生物群落影响后，二者交互作用对土壤CO₂排放的影响仍关注甚少。然而，当前和未来阶段，只有充分考虑动物和微生物构成的土壤生态系统整体响应，才能更好地反映真实系统的生物调节机制。

本研究利用为期91天的室内控制试验（中宇宙系统mesocosm），设置了5个氮输入梯度0，60，120，240，480 kg N ha^-1，以480 kg N ha^-1代表农业最高施氮量，其他水平逐级递减50%。通过监测土壤CO₂的排放动态，测定土壤微生物群落和相关的酶活性，揭示蚯蚓对CO₂排放的影响机制。结果表明，在低氮输入下，蚯蚓对CO₂排放没有显著影响，伴随氮输入量的提高，蚯蚓对CO₂排放的促进作用越来越强；当氮输入量高于120 kg N ha^-1而达到240 kg N ha^-1时，蚯蚓显著促进土壤CO₂排放（图1）。在高氮输入量下，蚯蚓降低真菌和细菌的比例，增加qCO₂（呼吸熵，指代微生物碳利用效率），促进土壤碳获取酶的活性，而土壤碳获取酶的活性与CO₂排放正相关（图2）。上述结果表明，蚯蚓可以通过调控土壤微生物群落、刺激微生物产酶而增加CO₂排放。理解氮富集如何调节土壤动物对CO₂排放的影响，对于预测未来氮沉降背景下的生态系统碳平衡至关重要，未来的研究应该更多关注于蚯蚓在更大尺度上所发挥的生态功能。

图1. 蚯蚓对CO₂排放的刺激程度随施氮量增加而增加

图2. 土壤酶活性与CO₂排放、土壤真菌相对丰度与呼吸熵）的回归关系

土壤生态实验室博士研究生王帅为第一作者，陈小云教授为通讯作者；研究生霍举颂和李季蔓作为研究骨干，吴迪副教授、胡锋及刘满强教授参与研究指导。本研究得到国家自然科学基金（42177286，41977047）、中央高校业务费（KYXK202012）及国家科技基础资源调查项目（2018FY100300）的共同资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2024.105297

编辑：王帅

校对：吴迪

审核：刘满强