根际协同作用：内栖蚯蚓在养分循环、植物生长及土壤有机质稳定中的关键机制

本研究针对内栖蚯蚓（endogeic earthworms）如何通过根际互作调控土壤有机质（SOM）稳定与养分循环这一科学问题，通过实验室微宇宙实验结合13C同位素示踪技术，揭示了蚯蚓-玉米根系-微生物协同促进氮磷循环、加速颗粒有机质（POM）向矿物结合有机质（MAOM）转化及提升团聚体稳定性的机制，为土壤生态功能优化提供理论依据。

　　

土壤是地球生态系统的“皮肤”，其健康状态直接关系到粮食安全与碳封存能力。然而，土壤有机质（Soil Organic Matter, SOM）的稳定性长期面临两难困境：植物根系通过 rhizodeposition（根际沉积）输入新鲜碳源，既可能通过微生物活动促进 SOM 形成，也可能加速原有 SOM 的分解（priming effect）。在这一复杂过程中，内栖蚯蚓（endogeic earthworms）作为“土壤工程师”的角色备受关注，但其与根系、微生物的三方互作如何影响 SOM 动态仍知之甚少。捷克的研究团队通过创新性实验设计，在《Applied Soil Ecology》发表的研究成果，为这一“黑箱”机制提供了关键答案。

研究采用¹³C自然丰度差异示踪技术，将玉米（C₄植物）种植于C₃历史土壤中，并引入内栖蚯蚓物种Aporrectodea caliginosa，通过四组处理（±植物/±蚯蚓）解析三者互作效应。关键技术包括：1）rhizoboxes（根际培养系统）分离根际与非根际土壤；2）同位素质量平衡法量化rhizodeposition去向；3）物理-化学分馏法区分POM与MAOM；4）酶活性与微生物生物量测定评估功能响应。

研究结果

1. 蚯蚓加速氮循环并促进植物生长
蚯蚓使玉米地上/地下生物量分别提升1.8倍和1.5倍，并通过刺激硝化作用显著增加土壤硝酸盐含量（无植物处理中尤为明显）。这一“氮泵”效应优化了植物氮磷比（N/P），但磷更多富集于根际微生物群落而非植物体内，暗示蚯蚓通过微生物介导的磷活化途径发挥作用。

2. 根际-蚯蚓协同驱动SOM转化
蚯蚓活动使rhizodeposition衍生的MAOM占比提高23%，同时加速原有C₃-SOM的矿化（priming effect）。微生物生物量碳（MBC）在“植物+蚯蚓”处理中最高，表明二者协同刺激微生物“加工厂”，促进碳向稳定形态（MAOM）转化。

3. 团聚体稳定性三重增强机制
蚯蚓肠道黏液与根系分泌物共同充当“生物胶水”，使>2 mm大团聚体比例增加40%。电镜观测显示，MAOM优先附着于蚯蚓改造的微孔隙内，印证其通过物理-生物化学双重途径稳定碳库。

结论与意义
该研究首次阐明内栖蚯蚓通过“氮磷活化-微生物激活-物理保护”三位一体机制，将短暂性rhizodeposition转化为长期稳定的MAOM。这一发现挑战了传统观点——即蚯蚓仅通过 litter（凋落物）转化影响SOM，揭示根际才是其发挥碳封存功能的核心战场。实践层面，为农林系统中通过调控土壤动物-植物组合提升土壤固碳潜力提供了理论支撑，尤其在应对气候变化背景下土壤碳库管理的策略设计中具有前瞻意义。