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为探究多样化作物轮作对蚯蚓在土壤有机碳固定、结构形成及微生物活动调节方面的影响，研究人员以阿根廷潘帕斯地区常见轮作残茬组合为对象，开展微宇宙实验。结果表明，多样化轮作增强蚯蚓介导的土壤功能，利于农业可持续发展。
在农业生产的大舞台上，土壤就像一位默默奉献的幕后英雄，支撑着农作物的茁壮成长。然而，随着集约化生产方式的不断扩张，土壤正面临着前所未有的挑战。大量使用化肥、农药，以及单一作物种植模式，让土壤中的生物多样性逐渐减少，生态功能也大打折扣。土壤的健康状况直接关系到农作物的产量和质量，进而影响着人类的粮食安全。因此，如何让土壤重新焕发生机，成为了农业领域亟待解决的难题。
在众多的土壤生物中，蚯蚓无疑是其中的明星成员。它们虽然身形渺小，却在土壤生态系统中扮演着至关重要的角色。蚯蚓不仅能帮助分解有机物质，让土壤中的养分更加丰富，还能改善土壤结构，让土壤变得更加透气、保水。在阿根廷的潘帕斯地区，一群农民尝试采用多样化和集约化的作物轮作（DICR）模式，希望能给土壤带来新的活力。这种轮作模式通过增加作物的种类和数量，为土壤提供了更多的有机物质，也为蚯蚓创造了更丰富的食物来源。但蚯蚓在这种新的轮作模式下，究竟对土壤肥力有多大贡献，在土壤结构形成和微生物活动调节方面又发挥着怎样的作用，这些问题一直困扰着科研人员。
为了揭开这些谜团，来自阿根廷相关研究机构的研究人员 Escudero Hector Javier、Wall Luis Gabriel 等开展了一项深入研究。他们以蚯蚓 Aporrectodea caliginosa 为研究对象，这种蚯蚓在潘帕斯地区的农田中十分常见。研究人员设计了微宇宙实验，每个微宇宙中放入 5 条 Aporrectodea caliginosa，以及 20g 代表潘帕斯地区常见作物轮作方案的不同作物残茬组合，包括无残茬（NR）、大豆（S）、大豆加玉米（SM）和紫云英、玉米、大豆（VMS）。
研究人员运用了微宇宙实验技术，通过构建模拟自然土壤环境的微宇宙系统，控制变量来研究蚯蚓和不同作物残茬组合之间的相互作用。同时，采用分析化学技术测定土壤和蚯蚓粪中的有机碳含量、土壤团聚体结构等指标，以及酶活性检测技术分析蚯蚓粪中相关酶的活性，以此来探究蚯蚓对土壤微生物活动的影响 。
实验结果
- 蚯蚓粪产量：研究发现，不同处理对蚯蚓粪产量影响显著（p＜0.0001）。NR 处理下蚯蚓粪产量最高，S 和 SM 处理次之，VMS 处理产量最低。这表明多样化的残茬组合可能使蚯蚓减少土壤摄取量，进而降低蚯蚓粪产量。
- 有机碳含量：蚯蚓对粗（p＜0.0001）、细（p=0.0002）颗粒有机碳含量的影响与残茬类型有关。SM 和 VMS 处理的蚯蚓粪中粗颗粒有机碳（POCc）显著高于原状土壤；SM 处理的蚯蚓粪细颗粒有机碳含量比其他处理和原状土壤更高。说明多样化残茬利于蚯蚓在粪中积累有机碳。
- 土壤结构：VMS 和 SM 处理的蚯蚓粪平均重量直径比 S 和 NR 处理高 35 - 70%（p＜0.0001），水稳性大团聚体比例也显著增加（BMa：p＜0.0001；SMa：p=0.0235）。表明多样化残茬组合能让蚯蚓形成更大、更稳定的团聚体，改善土壤结构。
- 微生物活性：VMS 处理的蚯蚓粪中 α- 葡萄糖苷酶（39%）（p＜0.0001）、β- 葡萄糖苷酶（220%）（p＜0.0001）、磷酸单酯酶（48%）（p＜0.0001）和 N - 乙酰氨基葡萄糖苷酶（36%）（p=0.0008）活性高于原状土壤；其 β- 葡萄糖苷酶（70 - 134%）（p＜0.0001）、纤维二糖水解酶（30 - 500%）（p＜0.0001）和磷酸单酯酶（60 - 340%）（p＜0.0001）活性比其他处理蚯蚓粪更高。说明多样化残茬下蚯蚓粪微生物活性更强。
研究结论与讨论
综合来看，Aporrectodea caliginosa 能够在多样化作物轮作中发挥重要作用。它可以通过自身的活动，将地表的残茬融入土壤，形成富含有机碳的蚯蚓粪。这些蚯蚓粪不仅颗粒更大、稳定性更好，还具有更高的酶活性。多样化作物轮作能够增强蚯蚓介导的土壤功能，促进土壤团聚体的形成，加速残茬分解，稳定土壤有机质。这一研究结果对于可持续农业发展具有重要意义。在潘帕斯地区乃至其他类似的农业区域，推广多样化和集约化的作物轮作模式，能够培育生物活性高、结构稳定的土壤，提高土壤肥力，保障农业的长期可持续发展。 该研究为解决现代农业土壤问题提供了新的思路和理论依据，有助于推动农业生态系统向更加健康、可持续的方向发展。
