《European Journal of Soil Biology》：Earthworms are sustained in a 116-year rye monoculture with ploughing by provision of soil organic carbon from farmyard manure
編輯推薦：
在集約化農業導致土壤擾動和食物資源減少的背景下，本研究以長達116年的“永久黑麥”長期定位試驗為基礎，探究了長期單一作物種植、秸稈移除與不同施肥方式對蚯蚓群落的影響。研究發現，相較于礦物肥料和不施肥處理，施用農家肥（FYM）可顯著提高蚯蚓（如Lumbricus terrestris）的豐度、生物量、物種多樣性，并提升土壤有機碳（SOC）和氮含量，表明有機肥的輸入能夠補償單一種植和犁耕帶來的負面影響，為可持續農業土壤生物多樣性維持提供了關鍵實證。
在現代化的農業生產中，為了追求更高的產量，農田管理正變得越來越“集約化”：單一作物年復一年地種植（即連作或單一種植），收獲后的作物殘體被移走，土壤被反復翻耕，并依賴化學合成的礦物肥料。然而，這種高效生產的背后，卻可能隱藏著對土壤“暗黑世界”居民——蚯蚓們的生存威脅。土壤擾動會破壞它們的家園，食物（有機質）的減少讓它們食不果腹，導致蚯蚓的種群數量普遍下降。蚯蚓是土壤健康的“工程師”，它們能改良土壤結構、促進養分循環，其數量的銳減無疑會動搖農業生態系統可持續性的根基。那么，在如此強力的農業干預下，蚯蚓種群還有生存和繁衍的希望嗎？是否有某種管理措施能夠成為它們在逆境中的“生命線”？
為了回答這些問題，一組研究人員將目光投向了一項擁有百年歷史的科學寶藏——位于奧地利維也納附近的“永久黑麥”長期定位試驗。該試驗始于1906年，至今已持續超過116年，是全球為數不多的超長期農田試驗之一，為研究農業措施的長期生態效應提供了獨一無二的平臺。試驗設計了兩種種植制度（黑麥連作 vs. 黑麥-大麥-休閑輪作）和三種施肥處理（施用農家肥、施用礦物肥料、不施肥），所有小區均采用犁耕。研究人員假設，施用農家肥（FYM）這種有機肥料，能夠通過為土壤提供有機碳源，來抵消單一種植和犁耕對蚯蚓的負面影響，從而維持甚至提升蚯蚓種群。
這項研究的結果有力地證實了他們的猜想，論文發表在《European Journal of Soil Biology》上，為我們理解長期農業管理對土壤生物的影響提供了關鍵見解。
研究人員在2020至2022年間，每年四月進行田間采樣與分析。關鍵技術方法包括：1) 蚯蚓群落調查：通過手工挖掘并分揀土壤樣品（20×20×30 cm）的方法，統計蚯蚓數量、稱量生物量，并鑒定物種（如Lumbricus terrestris, Allolobophora chlorotica等）和生態類群（如表棲型、內棲型）。2) 土壤參數測定：分析0-30 cm土層的硝態氮、土壤有機碳含量；并使用“茶袋指數”法（埋設綠茶和博士茶包90天）測定土壤的分解速率和穩定化速率。3) 作物參數測量：測定黑麥的生物量、葉面積指數，并通過拍照分析土壤表面被植物和殘體覆蓋的比例。所有數據采用線性混合模型進行統計分析，以區分種植制度和施肥處理的影響。
研究結果
3.1. 蚯蚓參數
- •
施肥是主要驅動因子：蚯蚓的總豐度、總生物量、幼體數量、繭的數量以及物種多樣性，幾乎完全受施肥處理的影響，而種植制度（連作 vs. 輪作）的影響微乎其微。施用農家肥（FYM）的小區，各項蚯蚓指標均極顯著高于礦物肥料和不施肥處理。例如，FYM處理下蚯蚓總豐度平均為每平方米120±92.9條，分別是礦物肥料和不施肥處理的4.3倍和12.6倍。
- •
關鍵物種出現：研究共發現4種蚯蚓，其中Allolobophora chlorotica是優勢種。一個特別重要的發現是，深棲性的Lumbricus terrestris（普通蚯蚓）僅出現在施用農家肥的處理中，平均豐度為每平方米2.69±7.81條。這強烈表明，農家肥的輸入為這種對棲息地要求較高的物種創造了生存條件。
- •
輪作對內棲型蚯蚓有影響：種植制度唯一顯著影響的蚯蚓參數是內棲型蚯蚓的豐度和生物量，在輪作系統中高于連作系統，這可能與輪作提供了更多樣的食物來源有關。
3.2. 土壤參數
- •
土壤養分與有機碳：土壤硝態氮含量表現為FYM ≥ 礦物肥料 ≥ 不施肥。土壤有機碳含量在FYM處理下最高，且在連作系統中，FYM處理的土壤有機碳含量尤為突出。這表明長期施用有機肥是提升土壤碳庫的關鍵。
- •
分解速率：土壤分解速率在FYM處理下高于礦物肥料和不施肥，并且在輪作系統中高于連作系統。這說明有機肥和作物多樣性共同促進了土壤微生物的活動。
3.3. 黑麥參數
- •
作物生長：黑麥的生物量和葉面積指數在FYM處理下最高，其次是礦物肥料，不施肥處理最低。施用FYM的小區，土壤被植物覆蓋的比例更高，裸露土壤的比例更低，顯示了更好的田間生長狀況和土壤保護。
研究結論與意義
這項長達116年的長期試驗最終得出結論：施用農家肥是維持和提升蚯蚓群落的關鍵措施。 盡管經歷了超過一個世紀的單一種植、秸稈移除和常規犁耕，農家肥的持續輸入通過提供豐富的有機碳和養分，成功地補償了這些集約化措施帶來的負面效應。它不僅顯著提高了蚯蚓的總數量和生物量，增加了物種多樣性，更重要的是，它使得對土壤結構有重要貢獻的深棲型蚯蚓Lumbricus terrestris得以在此系統中存活。
研究的意義深遠。首先，它用跨越世紀的實證數據，明確了有機質輸入（以農家肥為代表）對于在集約化農業生產體系中維持土壤生物多樣性的不可替代作用。其次，研究揭示了即使在“不友好”的耕作制度下，通過適當的土壤管理（如增施有機肥），仍然有可能構建一個更具韌性和生命力的土壤生態系統。這為當前倡導的可持續農業和土壤健康管理提供了堅實的科學依據。最后，這項研究凸顯了長期定位試驗在揭示農業生態系統緩慢、長期變化規律方面的寶貴價值，提醒我們在追求短期產量的同時，必須關注管理措施對土壤生命及其所支撐的生態系統功能的長期影響。
