蚯蚓生态类群对土壤磷循环的差异化调控机制：一项揭示植物响应规律的Meta分析

《Journal of High Energy Astrophysics》：Earthworms enhance soil phosphorus cycling but plant responses differ among earthworm ecological categories: a meta-analysis

本文系统评估了不同生态类群蚯蚓（epigeic、endogeic、anecic等）对土壤磷（P）循环的影响，发现深层栖居类（epi-anecic/anecic）显著提高土壤Olsen P含量，而表层栖居类更有效促进植物P吸收。研究证实蚯蚓通过调控微生物P、磷酸酶活性等途径增强P生物有效性，且在酸性/碱性土壤及低有机质条件下效应更显著。该成果为优化农业生态系统磷管理提供了重要理论依据。

　　

Highlight

我们的分析表明，蚯蚓能够增强表层土壤中的磷活化，并促进微生物和植物对磷的吸收。我们验证了假设1：不同生态类群的蚯蚓对磷循环的影响存在差异。具体而言，大型深栖蚯蚓（如epi-anecic和anecic类群）在提升土壤有效磷（Olsen P）方面比表栖蚯蚓更有效，但对植物磷吸收的促进作用却相反。假设2中关于pH的部分得到证实：蚯蚓在酸性（pH < 6.5）和碱性（pH > 7.5）条件下对磷循环的促进作用比中性条件（pH 6.5–7.5）更显著，这主要是因为在这些pH范围内磷的吸附作用较强。然而，关于土壤有机质（SOM）的假设仅部分成立：虽然高SOM会减弱蚯蚓对植物生物量的提升效应，但Olsen P浓度和植物磷吸收却随SOM增加而上升，且内栖蚯蚓（endogeic）对磷的影响确实对SOM含量敏感。假设3也获得支持：蚯蚓增加的土壤有效磷直接刺激了微生物对磷的摄取（微生物P），而所有三大主要生态类群的蚯蚓都通过间接刺激根系生长来增加植物磷吸收。

Discussion

本研究首次通过大规模数据整合揭示了不同生态类群蚯蚓在磷循环中的功能分异：深栖类蚯蚓通过构建垂直洞穴系统将深层土壤磷活化并输送至表层，而表栖类蚯蚓则通过产生富含磷的蚓粪热点（hotspots）更直接地被植物根系利用。土壤pH通过调节磷的吸附解吸平衡和蚯蚓自身生理活动（如蚓粪pH和黏液组分），显著影响蚯蚓的磷活化效率。有趣的是，尽管高有机质土壤可能通过负反馈抑制磷酸酶活性，但蚯蚓（尤其是内栖类）仍能通过加速有机磷矿化来提升磷有效性。这些发现为精准利用蚯蚓生态功能缓解农业磷限制提供了新视角。

Conclusions and limitations

与其他类群相比，epi-anecic和anecic蚯蚓在提高Olsen P方面更有效，但epigeic和endogeic类群在促进植物磷吸收方面表现更优。蚯蚓还能增加微生物磷含量，且在磷吸附较强的酸碱性土壤中其对磷循环的促进作用更为明显。在贫瘠土壤中，蚯蚓促进植物生长；而在肥沃土壤中，它们更显著地提升土壤磷有效性。

研究存在一定局限性：大部分数据来自盆栽试验，可能高估了实际田间条件下的效应；不同生态类群的样本量不均（例如epigeic类群占比36%），可能影响统计结果的普适性；此外，关于蚯蚓-微生物-根系互作的具体机制仍需更深入的研究。