秸秆还田条件下蚯蚓提高红壤团聚体碳固持机制研究

Organic carbon content in red soil is very low. The low pH, poor carbon contents and sticky characteristics of red soil not only hinder the decomposition of organic material, but also limit the soil carbon sequestration capacity. Earthworm plays an important role in promoting the decomposing of organic materials, and in keeping the balance of soil carbon pool as well. However, the mechanism of this effect is not clear. Thus, in this project, earthworms will be inoculated into red soil as well as the straw returning. Microcosm cultivation system will used to determine the effects of earthworms on soil carbon pool. The δ13C technology will be used to find out the effects of earthworm on straw decomposing, as well as the distribution of straw-carbon in soil aggregate. Using γ ray sterilization technology, the mechanism of earthworm influence straw decomposition will be discussed, by distinguishing the effect of earthworms-soil biota and earthworm alone effect on natural and newly formed organic matter decomposing. The mechanisms of earthworms enhance soil carbon sequestration and soil carbon pool stabilization will be discussed by clarify the physical protection mechanism and biological protection mechanism of carbon in vermicompost. The results may provide theoretical and technical methods for the improvement of soil organic matter, enhancement of soil carbon sequestration by earthworm inoculation, but also have an important practical significance for agricultural carbon emission reduction, and an increase of soil carbon sequestration.

红壤有机碳含量较低，其“酸、瘦、粘”的特性既影响了有机物料的输入量，也限制了其固碳能力。蚯蚓活动在促进秸秆等有机物料转化的同时也能提高土壤潜在的碳吸存能力，但目前该作用的机制尚不明了。因此，本研究拟在秸秆还田的红壤中接种蚯蚓，利用本实验室建立的土壤微宇宙装置定量研究蚯蚓作用下的红壤碳库变化；利用δ13C测定技术揭示蚯蚓对秸秆转化及秸秆碳在土壤团聚体中分配的影响，结合γ射线灭菌技术，排除其他土壤生物的影响，准确地研究蚯蚓作用下红壤固有及新形成有机质的分解转化规律，探讨蚯蚓促进秸秆分解转化及增加红壤团聚体碳含量的机制；通过团聚体颗粒分组与微宇宙培养实验从物理保护机制和生物保护机制阐明蚓粪源团聚体的固碳特性，探讨蚯蚓强化土壤固碳效果及增强土壤碳库稳定性的机制。本研究结果可望为提高红壤有机质、减少农田碳排放、增加土壤碳汇等提供新的理论依据和研究途径。

蚯蚓促进了有机物质的分解过程，也在土壤碳库平衡中起着至关重要的作用。本项目通过微宇宙培养实验，在施入秸秆的同时接种蚯蚓，以探究蚯蚓在秸秆分解-土壤碳固持方面的作用与机理。主要研究结果如下：.（1）在土壤中分别混入不同质量的秸秆（高质量秸秆油菜饼，中等质量秸秆玉米叶，低质量秸秆玉米杆和水稻秸），并接种蚯蚓，通过与不接种蚯蚓的对照相比较，探讨蚯蚓作用下对不同质量秸秆分解过程的影响。结果显示，蚯蚓对高质量秸秆的分解过程影响较小，但在秸秆分解后期，蚯蚓的作用加速了低质量秸秆的矿化速度。.（2）通过人工富加标记技术制备了13C秸秆，并混入土壤中开展微宇宙培养实验。通过对比有、无蚯蚓作用下秸秆C的去向，研究对新进入土壤C的矿化-固持作用。结果显示，蚯蚓通过活化土壤中原有的有机碳，而不是新加入的秸秆C，来促进CO2的排放。反之，蚯蚓促进了秸秆C向土壤团聚体中的转移。因此，蚯蚓可能通过促进土壤原有机碳的矿化和新有机碳的固持，从而加速了土壤碳库的更新。.（3）分别在灭菌土壤和未灭菌土壤中接种蚯蚓，通过30 d的微宇宙培养对比无蚯蚓处理下土壤有机碳的变化。结果显示，在灭菌土壤中，蚯蚓可能通过来源于肠道的微生物来改变土壤碳库形态，但在未灭菌土壤中，这一作用因土壤原有微生物的竞争作用而减弱。.（4）通过微宇宙培养实验比较了蚯蚓作用下不同C/N秸秆还田后的CO2 和N2O排放。结果显示，不论何种秸秆还田，蚯蚓均促进了CO2 和N2O的排放。但N2O的排放系数（EFs-N）会因为还田秸秆的不同而产生差异。.（5）在灭菌和不灭菌土壤中分别接种蚯蚓、蚯蚓粪，通过和无接种的处理对比，研究蚯蚓肠道微生物对土壤N2O排放的影响。结果显示，在灭菌土壤中，来源于蚯蚓肠道的微生物迅速繁殖成为优势种而贡献于土壤N2O排放，而在未灭菌土壤中，蚯蚓肠道的微生物促进土壤N2O排放的作用由于土壤中原有微生物的竞争作用而减弱。此外，蚯蚓肠道微生物促进土壤N2O排放的作用不能脱离蚯蚓本体而存在。