有机改良下土壤动物群落对碳积累的调控机制：基于群落组成与能量通路的解析

针对有机改良下土壤碳积累机制不明的问题，中国科学院团队通过6年田间试验，揭示了秸秆与粪肥改良通过改变节肢动物/线虫群落结构（如Prostigmata、Oribatida与微生物残体碳正相关）及能量分配（秸秆提升根系能量通量67.3%，粪肥促进真菌通道占18.6%），差异化调控矿物结合有机碳（MAOC）与颗粒有机碳（POC）形成的机制，为农业固碳策略提供新视角。

　　

土壤是地球最大的陆地碳库，其有机碳（Soil Organic Carbon, SOC）的动态平衡直接影响全球气候变化与农业可持续发展。然而，传统研究多聚焦微生物和植物对碳循环的作用，却忽视了土壤动物这一关键“工程师”的角色。有机改良（如秸秆和粪肥）虽被广泛用于提升土壤肥力，但其通过土壤动物调控碳积累的具体机制仍是黑箱。更棘手的是，不同改良方式可能通过截然不同的生物通道（如真菌vs细菌主导的能量流）影响碳稳定性，这一过程缺乏定量证据。中国科学院团队在《Applied Soil Ecology》发表的研究，首次从群落组成与能量通量双维度，揭开了土壤动物驱动碳积累的奥秘。

研究采用6年田间定位试验，设置不施肥（NF）、纯化肥（F10）、秸秆替代（FS）和粪肥替代（FM）4种处理，通过高通量测序、生物标志物分析（如氨基糖标记微生物残体碳）及能量通量模型，系统解析了土壤动物群落与碳组分（MAOC、POC）的关联。

实验设计
试验位于沈阳农田生态系统国家野外科学观测研究站，土壤为潮棕壤。采集0-20 cm土层样本，测定SOC、MAOC（矿物结合态）、POC（颗粒态）及中性糖、木质素酚等化学组分，结合形态学鉴定和分子生物学技术分析节肢动物（如螨类Prostigmata/Oribatida）和线虫群落结构，并基于碳氮比计算能量通量。

研究结果

1. 有机改良提升碳库多样性
   FS和FM处理使SOC增加16.7%-25.9%，MAOC提升7.5%-10.1%。秸秆处理的微生物残体碳比化肥高22.9%，粪肥则显著增加细菌源氨基糖。

2. 群落重构驱动碳分配
   Prostigmata螨类与微生物残体碳呈正相关，而线虫群落组成与中性糖积累关联。粪肥处理中，中性糖浓度直接调控MAOC/POC比值，暗示动物-微生物互作对碳形态的筛选作用。

3. 能量通路分化
   秸秆处理使线虫总生物量激增71.4%，通过根系能量通道（+67.3%）促进植物源碳形成；粪肥则使食真菌线虫碳通量占比达18.6%，强化真菌介导的碳流。

结论与意义
该研究证实有机改良通过“动物群落重构→能量流再分配→碳形态分化”的三级级联效应调控固碳：秸秆偏好根系通道增强POC转化，粪肥偏向真菌通道提升MAOC稳定性。这一发现突破了传统“微生物中心论”的局限，将土壤动物纳入碳管理模型，为设计“量身定制”的农业固碳方案（如按土壤类型选择秸秆/粪肥配比）提供了理论基石。未来研究可进一步量化不同动物功能群的碳转化效率，以优化生态系统服务评估体系。