可可农林系统中大型土壤动物如何加速凋落物养分循环：解开养分流动与生态可持续性的密码

《Nutrient Cycling in Agroecosystems》：Macrofauna accelerates nutrient cycling through litterfall in cocoa agroforestry systems

为解决可可农林系统中氮（N）、磷（P）、钾（K）通过凋落物循环的机制及标准凋落袋法测量养分流动准确性的问题，研究人员开展了关于大型土壤动物对可可凋落物分解和养分释放影响的研究。结果表明大型土壤动物显著影响凋落物分解和养分释放，标准凋落袋法可能低估 N、P 损失。这为理解可可系统养分循环提供依据。

　　在广袤的可可种植园里，可可树的生长与土壤肥力紧密相连。在西非，可可主要在低投入系统中种植，农民依赖自然生物地球化学过程维持土壤肥力，凋落物的养分循环成为关键环节。然而，以往研究存在诸多不足。一方面，对可可凋落物的时空变化研究不深入，不同研究的实验方法差异大，如凋落物陷阱的设置缺乏标准，这使得研究结果难以对比和准确评估。另一方面，在研究凋落物分解时，常用的标准凋落袋法通常会排除大型土壤动物（大于 2mm 的土壤动物），导致对大型土壤动物在可可凋落物分解和养分释放中作用的了解十分有限。因此，深入探究可可农林系统中养分循环机制，评估标准凋落袋法的准确性，对保障可可种植的可持续性至关重要。

为了揭开可可农林系统养分循环的奥秘，来自国际热带农业研究所、瓦赫宁根大学等机构的研究人员展开了研究。他们在尼日利亚西南部的三个小农户可可农场进行实验，通过两年连续测量凋落物量，以及设置有大型土壤动物和无大型土壤动物参与的可可叶凋落物孵化试验，探究大型土壤动物对可可叶凋落物分解和养分释放的影响。研究结果发表在《Nutrient Cycling in Agroecosystems》上。

研究人员运用了多种关键技术方法。在凋落物量测量方面，采用标准凋落物陷阱法，在每个农场的样地中，选择五棵可可树，在树主干附近（20cm 处）和树主干与相邻树主干中间位置（平均距离 1.38 ± 0.5m）设置配对陷阱收集凋落物。土壤和凋落物分析时，采用多种专业方法，如土壤质地用比重计法测定，土壤 pH 在 1:2.5（w/v）土壤水悬浮液中测定，阳离子浓度通过原子吸收分光光度法（AAS）测定等。对于可可叶凋落物质量损失和养分损失评估，采用孵化法，将可可叶分别放入 2mm 网眼凋落袋和置于同样大小的框架内直接放在土壤表面，定期取样分析。

研究结果如下：

• 碳和养分通过凋落物的流动：研究发现，各站点平均记录到的凋落物量为 10.62 ± 3.58 Mg DM ha^-1，其中约 93% 是衰老的可可叶。可可叶凋落物的年转移量对应着 5.87 ± 1.93 Mg C^-1 year^-1的碳流，估计通过可可叶凋落物的氮（N）和钾（K）流量相当可观，分别为 101 ± 32 kg N ha^-1 year^-1和 89 ± 27 kg K ha^-1 year^-1，而磷（P）流量较小，平均为 5 ± 2 kg P ha^-1 year^-1。同时，靠近和远离可可树收集的凋落物量没有显著差异，农场间的差异大于农场内和样地内的差异，并且凋落物量的月变化较大，在一年中较干燥时期，随着降雨量减少而增加。
• 可可叶凋落物消失：大型土壤动物能够接触到凋落物时，可可叶凋落物的消失速率显著加快。估计无大型土壤动物时的分解常数 k (without macrofauna) 为 0.0023 day^-1，有大型土壤动物时 k (with macrofauna) 为 0.0017 day^-1，在 388 天的孵化期内，凋落袋中的可可叶凋落物质量减少了 54%，而大型土壤动物接触导致的额外质量损失约为 8%。
• 分解可可叶凋落物的化学计量学：大型土壤动物影响了腐烂可可叶凋落物的质量。在孵化初期到 248 天，剩余可可叶凋落物的碳浓度略有下降，且凋落袋和开放框架之间无显著差异，但在 314 天和 388 天，框架中的碳浓度低于凋落袋。在整个孵化期内，碳（C）、氮（N）和钾（K）的相对含量分别减少了 56%、33% 和 90%，而磷（P）在剩余凋落物中的含量在 Akowonjo-Akoko 农场增加了两倍，在其他两个农场几乎保持不变，总体上有增加趋势，但大型土壤动物接触时增加不明显。随着时间推移，由于碳浓度下降和氮、磷浓度增加，C:N 和 C:P 比值下降，N:P 比值也下降，且框架中的 C:N 比值下降更快。

研究结论和讨论部分表明，可可农林系统通过凋落物进行大量的干物质循环（10.62 Mg ha^-1），但农场间和同一农场内树木间差异较大。可可叶凋落物中含有大量的碳和养分，但一年内只有一小部分氮和磷释放。大型土壤动物接触凋落物导致每年叶凋落物额外质量损失 8%，分别使凋落层中氮和磷的损失估计增加 28% 和 69%，这意味着标准凋落袋实验可能低估了可可中氮和磷的损失率及总损失。此外，研究还发现两个测试的凋落物陷阱位置对凋落物估计量没有影响。

这项研究为深入理解热带树木种植系统中的养分循环提供了重要依据，有助于评估养分管理对可可农林系统的影响，对指导可可种植的可持续发展具有重要意义。它提醒人们在研究凋落物分解和养分循环时，不能忽视大型土壤动物的作用，同时也为改进研究方法提供了方向。