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土壤动物对土壤碳循环和土壤质量具有重要影响[1]。蚯蚓作为重要的土壤动物，呼吸产生的二氧化碳(CO2)是土壤呼吸的重要组成部分[2−3]，其取食、掘穴、排泄等活动能改变土壤理化性质、微生物组成和活性及其他土壤动物的组成，影响地上植物生长，调节土壤有机碳的固定及矿化等生态过程，间接影响土壤温室气体的排放[4−6]。
土壤有机碳(SOC)在全球碳循环中扮演重要角色，保持或增加其稳定性是应对全球气候变化的关键措施之一[7]。引起土壤有机碳最初变化的主要为易分解、易矿化的活性有机碳，其对外界干扰导致的环境变化较为敏感[8]，是预测土壤有机碳早期变化的重要指标[9]。蚯蚓主要从4个维度影响土壤有机碳动态和养分循环：蚯蚓活动、蚯蚓肠道、蚯蚓的排泄物和土壤的长期发育。蚯蚓的取食加强了植物残体分解中的生物过程，其生理活动又将有机质与矿质土混合，形成的土壤微粒富含有机质，为有机质提供物理保护的同时减缓有机质的周转，提高土壤潜在的碳固存能力[10]，富含易碱解氮的蚓粪加快了周围凋落物的矿化过程[11]。有关蚯蚓活动对土壤CO2排放影响的Meta分析表明：接种蚯蚓后并未影响土壤有机碳储量，但土壤CO2排放量增加了33% [12]。也有研究表明：蚯蚓能够同时促进土壤有机碳的固定和CO2的排放，但培养时间超过750 d后会造成土壤全碳质量分数的降低[13]。LUBBERS等[14]同样发现：蚯蚓活动对土壤CO2排放的影响主要集中在试验初期，其作用效果会随着时间逐渐减弱[3]，甚至相反[15]。JENNINGS等[16]研究表明：尽管蚯蚓对林地土壤碳库影响深远，但土壤总呼吸量不会因此显著升高，可能是由于蚯蚓所促进的异养呼吸与细根生物量降低的自养呼吸几乎相互抵消。因此，蚯蚓在特定的生态系统中，在有植物生长的状态下，通过取食凋落物等一系列活动对土壤活性有机碳及CO2排放的影响有哪些，值得进一步研究。
毛竹Phyllostachys edulis是中国亚热带地区最主要的竹种，约占总竹林面积的72.9%[17]。成熟竹林的地下鞭根系统可以将光合作用固定的碳持续输入土壤中[18]，固碳趋势明显，固碳增汇潜力大，对平衡大气CO2具有重要作用[19]。当前对竹林进行经营(林地除草、垦复、施肥、覆盖和灌溉等)是中国竹产区竹林培育的普遍作业方式[20]。施肥在显著提高毛竹林生产力的同时，会消耗土壤更多的有机质[17−18]，造成土壤碳的流失。
毛竹林生态系统为蚯蚓提供适宜的生境，毛竹林下凋落物可供蚯蚓取食；蚯蚓活动可以改善土壤性质，其粪便还能增加土壤肥力。然而蚯蚓活动如何影响毛竹林土壤CO2排放和活性有机碳仍不明晰。本研究以毛竹林土壤为研究对象，通过温室盆栽设置竹林生态微系统培养试验，研究蚯蚓活动对毛竹土壤中CO2排放及活性有机碳的影响。
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供试土壤及凋落物均于2020年10月采自浙江省湖州市安吉县灵峰寺毛竹林基地。灵峰林场地处30°29′N，119°38′E，海拔为 150~200 m，竹林面积为108 hm2，其中毛竹面积为 86 hm2，毛竹立竹量为1.7亿株[21]，过去10余年收获的生物产量平均为33.33 t·hm−2·a−1 [22]。土壤为种植多年的毛竹林土壤。采集0~20 cm层次土样，剔除石块、大中型土壤动物及根茎等残体后过2 mm筛。选取毛竹林内3种典型植物，分别为毛竹、金星蕨Parathelypteris glanduliger和紫金牛Ardisia japonica，按照毛竹林内面积占比(4.5∶2.0∶1.0)采摘。清洗后杀青并烘干，用多功能粉碎机(JP-400C)磨碎，过2 mm筛，混入0~20 cm土壤中，作为试验用凋落物。根据毛竹林土壤实际勘测，凋落物添加量为土壤质量的1%。供试土壤pH为5.43，含水量为20%，土壤有机碳质量分数为1.35 g·kg−1，可溶性有机碳为13.91 mg·kg−1，微生物生物量碳为42.31 mg·kg−1，全氮为1.03 g·kg−1。
毛竹苗购于某生态竹种农场，生物量为10~15 g·株−1。蚯蚓选用具有生殖环带的成熟威廉环毛蚓Pheretima tschiliensis，体质量为1.5~2.0 g·条−1。为减少试验误差，需在接种前1周将蚯蚓置于试验土壤中预培养，以排除肠道内容物。
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在盆栽装置中置入30 kg供试土壤，试验周期为85 d，共设3个处理：①盆栽内仅种植毛竹作为空白对照(ck)；②毛竹盆栽内添加凋落物(MBL)；③毛竹盆栽内同时添加凋落物及蚯蚓(MBLE)。每个处理4个重复，并做完全随机区组设计。为避免盆栽土壤采样后因容积改变对气体排量产生影响，同时设置采土(图1A)和采气(图1B) 2组。
图 1 盆栽装置设计图
Figure 1. A diagram of the chambers used in pot experiment
选取竹径、竹高均相近的毛竹苗，每个盆内栽种1株。待长势稳定后，试验正式开始前1 d将9.6 kg试验用凋落物均匀混入MBL和MBLE盆栽土壤中(0~20 cm)，选取大小均匀，体型相近的蚯蚓放入MBLE盆栽中，每盆5条。为防止蚯蚓逃逸，避免造成实验误差，每个盆内均装置尼龙网，并保证光照条件，满足植物正常所需。试验开始后第1、3、5、7、9、16、23、30、51、65、78、85天采集气体，共12次；第17、34、51、68、85天采集土样，共5次。
采土组中ck和MBL处理为随机取样，每个处理4盆，共设8盆；为避免采土过程中误伤蚯蚓，同时防止蚯蚓活动混匀原土壤和采土后补充的土壤，采取破坏性取样，MBLE处理共设20个盆栽装置(4个重复×5次破坏性取样)，养殖100条蚯蚓。每个土样采集点都尽可能分布在毛竹周围，利用土钻取出盆内0~20 cm的土壤，每次土壤采集500 g。为避免采土后的缺口影响竹子后续正常生长，需要用毛竹土填满采样洞，并用聚氯乙烯小棒立于采样点表面做标记，避免同一位置重复采样。采集后的新鲜土样过2 mm筛后混合均匀并风干保存，用于测定其他基本理化指标。
为避免采土后原土壤减少和新加入的土壤造成气体排放不一致，故单独设计采气组。利用静态箱法收集CO2，静态箱材质为聚氯乙烯，规格为直径50 cm，高50 cm。外层贴铝箔纸，保温防晒；其内部设有风扇，用于混匀气体。盆栽装置的边缘设计凹槽，采气时，将静态箱嵌入凹槽内，而后向该槽中加入适量水，以确保形成1个密闭的空间。3组处理各设4个盆栽，共计12个盆栽和12个静态箱。每次采气时间为7:00—11:00，每个盆栽采集4个气样。采气具体操作为：用带有三通阀的医用注射器抽取20 mL气体打入真空瓶中，分别于封箱后0、10、20、30 min采集气体。采集后的气体瓶带回实验室用气相色谱仪(7890B)进行分析。每次采集气体时，用土壤温湿度仪测定土壤10 cm处的土壤体积含水量和土壤温度[23]。
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土壤理化性质的测定参考《土壤农业化学分析方法》[24]。土壤pH采用pH计测定(水土质量比为2.5∶1.0)；土壤有机质采用高温外加热重铬酸钾氧化-容量法测定，并用相关系数换算成土壤有机碳(SOC)质量分数；可溶性有机碳(DOC)使用总有机碳分析仪(Multi N/C 3100)测定(水土质量比为5∶1)。
土壤颗粒态有机碳(POC)参照CAMBARDELLA等[25]的测定方法：取风干土样20 g (过2 mm筛)和5 g·L−1的六偏磷酸钠[(NaPO3)6]溶液100 mL放入250 mL三角瓶中，90 r·min−1震荡18 h，完成后将混合液过53 μm筛冲洗至滤液澄清后，将筛上的土壤置于烧杯中，放至60 ℃烘箱中烘干12 h，得到颗粒土并进行称量。而后将颗粒土研磨过250 μm筛，利用重铬酸钾-浓硫酸外加热法(油浴)测定颗粒土中的有机碳质量分数。土壤颗粒态有机碳质量分数=颗粒土中有机碳质量分数×颗粒土比例，土壤矿物结合态有机碳(MAOC)质量分数=土壤有机碳质量分数−颗粒态有机碳质量分数。
土壤微生物生物量碳(MBC)使用氯仿-熏蒸浸提法[26−28]测定：土样做熏蒸和未熏蒸2种处理，用0.5 mol·L−1硫酸钾分别浸提后，使用总有机碳分析仪测定滤液中的碳质量分数，用熏蒸和未熏蒸样品间差值除以相应系数，即获得微生物生物量碳质量分数。
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采用Excel 2016 处理数据，SPSS 18.0 对数据结果进行统计分析。使用ANONA单因素方差分析(Duncan检验法比较多个处理均值间差异，P＜0.05)，采用Spearman相关系数法分析数据的相关性(P＜0.05)。利用Origin 8.0进行绘图。标准误没有特殊说明，则代表4个重复(n=4)的测量标准误。
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试验结束时(第85天)，采土组中剩余毛竹苗27株(共28株)，存活率约为96.4%；剩余蚯蚓75条(共100条)，存活率约为75.0%。MBL处理的毛竹生物量高于ck处理 18.1%；MBLE处理的毛竹生物量显著高于MBL处理20.3% (P＜0.05)，显著高于ck处理34.8% (P＜0.05)。
MBLE处理毛竹生物量整体呈上升趋势(表1)。第17~34天毛竹生物量极显著增加34.3% (P＜0.01)，第51~68天毛竹生物量显著增加21.8% (P＜0.05)，第85天毛竹生物量比第17天增长了51.9%。
表 1 不同处理的毛竹和蚯蚓及毛竹生物量
Table 1. Biomass of Phyllostachys eduli and earthworm in different treatments
物种 处理 不同取样时间毛竹和蚯蚓生物量/g 0 17 34 51 68 85 d 毛竹 ck 11.17±1.05 Ab − − − − 24.58±1.16 Ba MBL 13.36±0.77 Ab − − − − 30.02±1.61 Ba MBLE 14.71±1.13 Ac 18.14±1.74 c 27.60±1.38 b 30.99±1.06 b 39.61±0.89 a 37.68±0.33 Aa 蚯蚓 MBLE 1.75±0.05 c 2.15±0.06 c 3.54±0.05 b 3.40±0.13 b 3.58±0.07 b 4.70±0.15 a 说明：ck. 盆栽内仅种植毛竹；MBL. 毛竹盆栽内添加凋落物；MBLE. 毛竹盆栽内同时添加凋落物和蚯蚓。−代表无数据。不同大写字母为同时间内不同处理间差异显著(P＜0.05)，不同小写字母为同处理不同时间间差异显著(P＜0.05)。 蚯蚓生物量同样整体呈上升趋势，第17~34天蚯蚓生物量极显著增加39.3% (P＜0.01)；第34~68天无显著差异，可能是期间有蚯蚓死亡，造成生物量增长幅度的降低；第68~85天蚯蚓生物量极显著增加23.8% (P＜0.01)，其生物量比试验开始时增长了62.8%。
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不同处理的土壤CO2排放通量均有2次峰值(表2)，ck分别在第16天和第51天，MBL处理分别在第7天和第16天，MBLE处理分别在第5天和第51天。第85天，MBL处理的CO2排放量最高，为34.75 mg·kg−1·h−1，比MBLE处理高25.2%，比ck高31.6%；MBLE处理的CO2排放量仅比ck高8.6%。
表 2 不同处理CO2的排放通量和分段累积排放量
Table 2. Soil CO2 fluxes and phased cumulative CO2 emissions from different treatments
采样日期
(年-月-日)取样时间/d CO2排放通量/(mg·kg−1·h−1) CO2分段累积排放量/(mg·kg−1) ck MBL MBLE ck MBL MBLE 2021-01-05 1 18.68±1.97 Abcde 19.49±1.42 Afg 19.85±0.70 Ac 4.48±0.47 Ag 4.68±0.34 Aj 4.76±0.17 Ai 2021-01-07 3 12.73±1.91 Adef 23.89±4.36 Adefg 23.76±1.97 Abc 11.31±0.70 Bg 15.62±1.36 Aij 15.70±0.58 Ahi 2021-01-09 5 14.85±0.72 Bdef 17.22±2.08 Bg 54.13±4.58 Aa 18.18±0.83 Bg 24.68±1.31 Bij 38.04±2.40 Ahi 2021-01-11 7 10.09±1.47 Cf 69.60±2.10 Aa 30.64±3.01 Bbc 23.60±0.56 Bg 51.80±0.69 Ahi 55.56±2.66 Aghi 2021-01-13 9 15.50±1.09 Bdef 33.18±3.67 Abcdef 23.53±1.61 Bbc 30.39±0.37 Bf 72.10±0.68 Ah 67.71±2.79 Afg 2021-01-20 16 24.39±2.52 Bab 44.47±1.96 Ab 30.26±2.36 Bbc 64.97±2.38 Cf 138.68±4.36 Ag 113.70±3.80 Befg 2021-01-21 17 10.24±1.07 Bf 31.58±2.69 Abcdef 29.37±2.78 Abc 71.58±2.31 Cf 155.39±4.33 Afg 127.91±3.06 Bef 2021-01-27 23 11.70±1.41 Bef 20.94±2.23 ABefg 25.61±3.92 Abc 84.92±2.00 Cef 185.62±5.95 Aef 160.44±1.52 Bde 2021-02-03 30 16.54±2.02 Bbcdef 23.22±1.14 ABdefg 29.82±2.56 Abc 109.22±4.08 Be 222.99±7.23 Ae 207.51±4.35 Ad 2021-02-24 51 30.97±2.13 Ba 34.53±1.91 Bbcde 50.15±2.21 Aa 230.68±8.02 Cd 369.87±12.13 Bd 411.47±14.10 Ac 2021-03-10 65 19.70±0.56 Bbcd 25.63±2.35 ABcdefg 30.92±2.30 Abc 314.46±9.13 Cbc 469.87±17.16 Bc 545.36±19.28 Ab 2021-03-13 68 24.07±1.24 Bab 36.61±3.67 Abcd 34.93±1.97 Ab 335.99±8.80 Cb 501.06±16.22 Bc 577.45±20.33 Ab 2021-03-23 78 15.94±1.18 Bcdef 38.48±4.00 Abc 22.82±2.55 Bbc 383.02±8.38 Ca 591.40±11.34 Bb 645.29±22.10 Aa 2021-03-30 85 23.76±1.38 Babc 34.75±2.47 Abcd 25.99±0.85 Bbc 422.07±9.52 Ba 661.25±9.51 Aa 692.53±22.64 Aa 说明：不同大写字母为同时间内不同处理间差异显著(P＜0.05)，不同小写字母为同处理不同时间间差异显著(P＜0.05)。 3组处理的土壤CO2分段累积排放量走势基本一致。第1~9天，3组处理间无显著性差异；第16~23天，MBLE处理的CO2累积排放量显著低于MBL处理(P＜0.05)；第51~78天，MBLE处理的CO2累积排放量高于MBL处理；第85天，凋落物的添加极显著提高了36.2%的土壤CO2排放量(P＜0.01)，凋落物及蚯蚓的添加极显著提升39.1%的土壤CO2排放量(P＜0.01)，其中蚯蚓的作用只增加了4.5%的土壤CO2排放量。
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MBL处理的土壤有机碳质量分数在试验期间均显著高于ck处理(P＜0.05， 图2A)，并从第51天起持续降低，于第85天降至最低(13.36 g·kg−1)，极显著高于ck处理35.1% (P＜0.01)。MBLE处理则在第17天开始显著降低(P＜0.05)，至第34天后无显著变化。第85天，MBLE处理的有机碳质量分数仅高于MBL处理8.5%，无显著差异，但极显著高于ck处理40.6% (P＜0.01)。
图 2 土壤有机碳、可溶性有机碳、颗粒态有机碳、微生物生物量碳和矿物结合态有机碳动态变化
Figure 2. Dynamics changes of SOC, DOC, POC, MBC and MAOC in different treatments
3组处理的土壤可溶性有机碳质量分数均在第17天达到峰值(图2B)，MBL和MBLE处理均在第34天极显著降低(P＜0.01)。MBL处理在第85天降到最低(10.60 mg·kg−1)，高于ck处理21.5%。在试验结束时，MBLE处理的可溶性有机碳质量分数显著高于MBL处理15.2% (P＜0.05)，极显著高于ck处理33.9% (P＜0.01)。
3组处理的土壤颗粒态有机碳质量分数变化趋势基本一致，均呈先升高后降低的趋势(图2C)。其中ck于第51天达到峰值(15.44 mg·kg−1)；MBL和MBLE处理均于第68天达到峰值，而后MBL处理在第85天极显著降至最低，为24.23 mg·kg−1 (P＜0.01)。试验结束时，MBLE处理的颗粒态有机碳质量分数仅高于MBL处理10.6%，无显著差异，MBLE处理极显著高于ck处理65.5% (P＜0.01)；MBL处理极显著高于ck处理61.4% (P＜0.01)。
3组处理的土壤微生物生物量碳质量分数均于第17天达到最高(图2D)。ck和MBL处理变化趋势相同，均呈先降低后升高趋势，于第68天降至最低；MBLE处理的微生物生物量碳质量分数一直呈下降趋势，于第85天降至最低，显著低于ck处理24.4% (P＜0.05)，显著低于MBL处理26.3% (P＜0.05)。
3组处理的土壤矿物结合态有机碳质量分数走势与土壤有机碳一致(图2E)，其原因为土壤颗粒态有机碳质量分数相对土壤中有机碳极低，故土壤矿物结合态有机碳质量分数与土壤有机碳基本无差异。试验结束时，MBLE处理的土壤矿物结合态有机碳质量分数较MBL处理高8.5%，无显著差异。
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由土壤CO2排放量与土壤活性有机碳的相关性分析可知(图3)，CO2排放量与土壤有机碳、颗粒态有机碳和矿物结合态有机碳呈显著相关(P＜0.05)。
图 3 土壤CO2排放量与土壤有机碳(A)、颗粒态有机碳(B)和矿物态有机碳(C)相关性
Figure 3. Correlation between soil CO2 emission and SOC(A)，POC(B) and MAOC(C)
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本研究发现：蚯蚓加入土壤第5天即可显著提高土壤CO2排放量。可能原因是蚯蚓呼吸产生CO2的同时，其携带的大量微生物进入土壤进行矿化作用，且土壤包含大量微生物和充足凋落物，蚯蚓可以通过刺激土壤微生物活性，加速土壤矿化[31−33]，从而显著提高土壤CO2排放量和累积排放量。凋落物的单独添加同样加速土壤碳矿化(第7天)，其原因可能为凋落物中的有机碳引起土壤微生物的正向激发效应，从而提升了土壤中碳的周转速率，加快土壤有机碳的矿化以及气体的释放[34]。MBL与MBLE处理的CO2排放通量几乎同时达到第1次峰值，且两者的土壤CO2累积排放量在第7~9天时基本一致。可能原因是本试验采用过2 mm筛的凋落物粉末，且与土壤混合均匀，有效提高了微生物与凋落物的接触表面积；而在自然界中，蚯蚓的破碎作用需要消耗大量时间才能减小凋落物尺寸，达到同样效果。
MBL处理的CO2排放通量于第16天达到第2次峰值，ck达到第1个峰值，此时MBL处理的CO2累积排放量开始显著高于MBLE处理，极显著高于ck。主要原因可能是蚯蚓在更新土壤微生物群落的同时还会取食微生物[35]，造成了土壤中原微生物生物量的减少；且蚯蚓偏好取食土壤中更易利用的有机物颗粒[36]，即蚯蚓的添加造成了土壤颗粒态有机碳质量分数的降低。与此同时，土壤CO2的排放与颗粒态有机碳质量分数呈显著正相关，这也是第85天MBLE处理的CO2总累积排放量显著低于MBL处理的原因之一。
MBLE处理与ck的CO2排放通量同时在第51天达到第2次峰值，此时MBLE处理CO2累积排放量反超MBL处理，并呈显著差异。在第17~68天，MBLE处理的土壤有机碳、可溶性有机碳、颗粒态有机碳、微生物生物量碳及矿物结合态有机碳质量分数均低于MBL处理，与此同时，MBLE处理的CO2排放通量均高于MBL处理，即蚯蚓活动在试验中期减少了土壤碳固定，增加了土壤碳矿化，但此期间MBL的CO2累积排放量高于MBLE处理。添加蚯蚓导致CO2排放通量增加与BORKEN等[3]研究结果相同，Lumbricina terrestris在为期120 d的野外试验初期显著促进了土壤CO2排放。WESSELLS等[37]在农业生态系统的研究中同样发现：蚯蚓对土壤呼吸的影响并非始终统一，但添加蚯蚓的样地的土壤呼吸比未添加或蚯蚓数量少的样地的土壤呼吸要高。通常认为：蚯蚓促进土壤CO2排放增加的主要原因是增强了微生物活性，但本研究中蚯蚓造成土壤微生物生物量碳质量分数降低，故蚯蚓造成土壤CO2排放通量增加的可能原因有：①蚯蚓呼吸直接产生CO2；②蚯蚓对微生物造成捕食压力，促进微生物对碳的利用效率[38−39]；③蚯蚓活动消耗有机质促使碳矿化。第16~30天MBLE处理的CO2累积排放量比MBL处理低，可能原因是毛竹大幅生长利用碳，以及蚯蚓同化自身含碳物质，即蚯蚓的添加显著提高毛竹生物量。
试验末期(第68天后)，MBL处理的土壤CO2排放通量逐渐趋于稳定，而MBLE处理的土壤CO2排放通量显著降低。第85天时，MBL处理的土壤CO2排放通量显著高于MBLE处理，两者的CO2累积排放量无显著差异。可能原因除了上述提到的蚯蚓取食造成颗粒态有机碳降低从而使土壤CO2排放减少外，还可能因为蚯蚓不停地取食凋落物及微生物，并通过其生理活动改变微生物生境，导致土壤微生物生物量碳的持续降低，使试验中期尚可通过增加对碳的利用效率的微生物无法保持土壤CO2的高排放量。随着时间推移，蚯蚓排泄出的粪便也逐渐积累，经过微生物的作用转化为有机质，并随其运动完成空间再分配，混合有机物及矿物土，促进了土壤的碳存储，故试验后期MBLE处理的土壤CO2排放量降低。
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本研究证实了添加凋落物及同时添加凋落物和蚯蚓均可以显著提高土壤活性有机碳质量分数。凋落物作为外源有机碳引入土壤，促进了凋落物有机碳向土壤有机碳的转化与更新，从而有效提高土壤有机碳活性[40]。本研究同时证实了蚯蚓活动对土壤碳的影响随时间变化而变化。
本研究表明：添加蚯蚓后的第1个月土壤有机碳、可溶性有机碳和矿物结合态有机碳减少，第3个月则开始增加。前期结果与HALE等[31]的研究结果类似，该研究表明：蚯蚓活动显著降低了森林地表物厚度和枯枝落叶层土壤中碳质量分数，加快了森林地表物的周转；EDWARDS等[32]的研究也表明：Allolobophora caliginosa和Octolasion cyaneum每年能消耗0~15 cm土层中4%~10％的土壤和10％的有机质。可能原因是蚯蚓吞食土壤颗粒的同时也会取食凋落物用于同化自身的含碳物质，其生命活动需要消耗大量有机质，导致环境中的土壤有机碳质量分数降低[13]。随着时间推移，蚓粪在微生物的作用下转化为土壤有机质，并通过蚯蚓运动完成蚓粪的空间再分配[33]，使有机质与矿质土混合，逐渐形成富含有机质的表层土壤，为有机质提供物理保护。与此同时，蚯蚓运动轨迹可以促进土壤孔隙度、通气性和入渗率的提高[41]，分泌的黏液及其他代谢产物又是活性高、易被微生物降解的有机质[42]，进而减缓有机质的周转, 提高土壤潜在固碳能力，改变土壤理化结构(如透气性、pH等)。因此，土壤有机碳、可溶性有机碳和矿物结合态有机碳质量分数在试验第2个月时下降趋势渐缓，直至第3个月开始上升。MBLE处理的前2个月内土壤颗粒态有机碳均显著低于未添加蚯蚓的MBL处理，可能原因是蚯蚓更易取食富含有机颗粒的土壤，这与KOUTIKA等[36]的研究结论相符，即蚯蚓的取食更容易利用土壤中的有机物颗粒。
目前，关于蚯蚓活动对微生物生物量碳的变化及微生物活性的影响没有相对统一的结论。本研究表明： MBLE处理的土壤微生物生物量碳质量分数在3个月的试验期内一直持续降低，且从试验中期起显著低于未添加蚯蚓的MBL处理。这一结果与BOHLEN等[43]、FROUZ等[44]和张宝贵等[45]的研究结果类似，即蚯蚓的生理活动降低了土壤微生物生物量碳。在北美的森林中，欧洲蚯蚓的入侵会致使土壤总的微生物生物量锐减约42%[46]；MCLEAN等[47]的研究也同样显示：蚯蚓的存在使得微生物生物量碳减少。造成本研究中MBLE处理土壤微生物生物量碳质量分数锐减的可能原因为：一是微生物作为蚯蚓的第二食物来源，蚯蚓肠道消化导致土壤微生物总量的降低；二是蚯蚓与微生物竞争资源导致其数量降低；三是蚯蚓的一系列生理活动对土壤理化性质产生影响，从而改变微生物所处的微环境，直接或间接地影响土壤微生物生存。
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蚯蚓活动显著提高了毛竹生物量，其活动对土壤CO2排放及活性有机碳的影响均具有一定的时效性。试验前期(＜51 d)，蚯蚓活动加快土壤碳矿化，显著提高土壤CO2的排放通量，降低土壤活性有机碳质量分数；试验后期(＞51 d)，蚯蚓活动逐渐减少碳矿化，土壤CO2的排放通量显著降低，提高土壤活性有机碳质量分数。在为期85 d的试验中，蚯蚓活动未显著改变土壤CO2累积排放量，但显著降低了土壤微生物生物量。本研究加强了蚯蚓活动影响毛竹林土壤温室气体排放和土壤活性碳的认知，为蚯蚓活动应对全球气候变化及影响毛竹林土壤活性有机碳变化过程中的潜在贡献提供基础数据。但由于温室盆栽试验空间受限，添加的凋落物量仅够蚯蚓取食3个月，故整体试验周期偏短，得出的结论只是栽植盆内蚯蚓对土壤CO2排放及活性有机碳的阶段效应，对于真实毛竹林环境中可能产生的更长期效应的推断存在一定的局限性。未来可开展野外长期试验，以揭示盆栽和野外试验结果的异同和内在机制。
Responses of CO2 emissions and labile organic carbon to earthworm activities in Phyllostachys edulis forest soil
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摘要:
目的 土壤动物对土壤碳循环至关重要。探究蚯蚓活动对毛竹Phyllostachys edulis林下土壤二氧化碳(CO2)排放及活性有机碳变化的影响。 方法 通过3个月的温室盆栽试验，以单独种植毛竹为对照(ck)，以分别添加凋落物(MBL)和凋落物及蚯蚓(MBLE)为处理，采用静态箱-气相色谱法分段采集并分析土壤释放的CO2，测定土壤有机碳、颗粒态有机碳、可溶性有机碳、矿物结合态有机碳以及微生物生物量碳质量分数。 结果 蚯蚓活动极显著增加了20.3%的毛竹生物量(P＜0.01)，其对土壤CO2排放的影响随时间变化敏感。试验前期(＜51 d)，MBLE处理与MBL处理的CO2累积排放量无显著性差异，而试验后期(＞51 d)，MBLE处理的CO2累积排放量显著高于MBL处理(P＜0.05)，但试验结束时(第85天)，MBLE处理的土壤CO2累积排放量较MBL处理仅增加4.5%。此时，MBL处理土壤CO2排放通量较MBLE处理高25.2%。土壤碳质量分数对蚯蚓活动的响应同样随时间变化敏感。MBLE处理下的土壤有机碳、可溶性有机碳、颗粒态有机碳及矿物结合态有机碳质量分数在前68 d均低于MBL处理，但试验结束时(第85天)，MBLE处理的可溶性有机碳质量分数显著提高了15.2% (P＜0.05)；土壤有机碳、矿物结合态有机碳和颗粒态有机碳质量分数分别提高了8.5%、8.5%和10.6%；但土壤微生物生物量碳质量分数极显著降低了26.3% (P＜0.01)。 结论 蚯蚓活动可促进毛竹生长，增加毛竹林土壤碳质量分数，并在试验结束时降低土壤CO2排放通量及累积排放量。图3表2参47 Abstract:Objective The objective is to understand the effects of earthworm activity on soil CO2 emission and labile organic carbon change in Phyllostachys edulis forest, which is crucial to comprehending the role that soil fauna plays in the carbon cycle of P. edulis forest. Method Three treatments including ck (control, P.edulis), MBL (P.edulis with litter) and MBLE (P.edulis with litter and earthworms) were employed to conduct a three-month greenhouse pot experiment. Static chamber-gas chromatograph was used to collect and analyze CO2 release from soil in different times. The contents of soil organic carbon (SOC), particulate organic carbon (POC), dissolved organic carbon (DOC), mineral-associated organic carbon (MAOC) and microbial biomass carbon (MBC) were measured. Result The activity of earthworms significantly increased the biomass of P. edulis by 20.3% (P＜0.01), and the response of soil CO2 emission to earthworm activity was sensitive to changes over time. There was no significant difference in CO2 emissions between MBLE treatment and MBL treatment in the early stage of the experiment (＜51 d). However, in the later stage of the experiment (＞51 d), the cumulative CO2 emission under MBLE treatment was significantly higher than that under MBL treatment (P＜0.05). On the 85th day, the cumulative CO2 emission under MBLE treatment increased only by 4.5% compared with MBL treatment. The soil CO2 emission flux under MBL treatment increased by 25.2% compared with MBLE treatment. The impact of earthworm activity on soil carbon mass fraction was also varies over time. The contents of SOC, DOC, POC and MAOC under MBLE treatment were lower than those under MBL treatment in the first 68 days, while the MBLE treatment significantly increased DOC content by 15.2% on the 85th day (P＜0.05). SOC content, MAOC content, and POC content increased by 8.5%, 8.5%, and 10.6%, respectively. MBC content significantly reduced 26.3% at the end of the experiment (P＜0.01). Conclusion Earthworm activity can promote the growth of P.edulis, increase soil carbon content, and reduce soil CO2 emission flux and cumulative emissions at the end of the experiment. [Ch, 3 fig. 2 tab. 47 ref.] -
Key words:
- earthworm activity /
- labile organic carbon /
- Phyllostachys edulis /
- soil CO2 emission
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在昆虫与植物的关系中，植物化学成分、形态特征和各种环境因子等影响着昆虫对寄主选择，其中寄主植物释放的挥发性物质起着关键的作用[1]。植物的特异性化学物质诱导昆虫产生多种行为，如寄主定向、产卵行为、取食行为等[2]。研究植食性昆虫对寄主植物气味的趋性有助于了解植食性昆虫寄主选择的机制[3]，探索新的害虫防控措施，在利用天然活性物质、抗虫育种和生物防治中具有积极意义[4]。大量文献报道：昆虫利用植物所释放的化学信号物质进行寄主定向。如马铃薯甲虫Leptinotarsa decemlineata依靠马铃薯Solanum tuberosum叶片气味产生定向选择[5]，十字花科Brassicaceae所释放的芥子油对小菜蛾Plutella xylostella具有吸引作用[6]，寄主白菜Brassica pekinensis气味对桃蚜Myzus persicae有明显的引诱作用[7]，烟草甲Lasioderma serricorne对不同辣椒Capsicum annuum挥发物表现出极显著的趋向作用[8]。根据缨翅目Thysanoptera蓟马科Thripidae昆虫借助植物气味寻找寄主的特性，将烟碱乙酸酯和苯甲醛混合在一起制成诱芯在田间使用，能够准确预测花蓟马的发生及为害时期，并且能大量诱杀蓟马成虫[9]。天牛科Cerambycidae、郭公甲科Cleroidea、象甲科Curculionidae和小蠹虫科Scolytidae的昆虫能被松针叶的挥发物α-蒎烯、β-蒎烯、月桂烯和莰烯所引诱[10]。但有关寄主植物气味是否对绿带妒尺蛾Phthonoloba viridifasciata存在引诱作用还未见报道。
绿带妒尺蛾隶属于鳞翅目Lepidoptera尺蛾科Geometridae，是桫椤Alsophila spinulosa和小黑桫椤Alsophila metteniana的食叶昆虫之一[11]。在贵州赤水桫椤国家级自然保护区内1 a发生4~5代，幼虫以取食嫩叶为主，虫害暴发期，可将嫩叶和成叶取食殆尽，严重影响了桫椤的正常发育和繁殖[12]。桫椤和小黑桫椤隶属于桫椤科Cyatheaceae桫椤属Alsophila蕨类植物，其中桫椤是世界濒危植物[13-14]、中国二级珍惜保护植物[15]。目前桫椤和小黑桫椤对绿带妒尺蛾有效防治研究较少。避免使用化学农药带来的问题，寻找绿色的防控措施对促进有害生物的可持续控制意义重大[16]。研究绿带妒尺蛾幼虫对桫椤和小黑桫椤的趋向行为和寄主植物叶片的化学成分，能为桫椤和小黑桫椤的虫害防控筛选合适的引诱剂提供依据。
1. 材料与方法
1.1 供试昆虫
绿带妒尺蛾幼虫采自贵州赤水桫椤国家级自然保护区。将野外在桫椤上采集到的初孵幼虫放置于SPX型智能生化培养箱(SPX-280， 宁波江南仪器厂)内饲喂成2龄幼虫，饲养条件：温度(26±1) ℃，相对湿度为(70±10)%，光周期为14 h 光照/10 h黑暗(7:00—20:00为光照期，20:00—7:00为黑暗期)。预实验表明：初孵幼虫活动能力弱，而幼虫虫龄越大，由于取食经历会形成记忆对饲养植物偏爱，故选择2龄幼虫进行饥饿处理(24 h)作为待测幼虫。
1.2 材料
直径12.0 cm的培养皿、直径1.5 cm的打孔器、绿色滤纸、镊子、圆形滤纸、养虫盒(长14.3 cm×宽8.5 cm×高4.0 cm)、黑色塑料薄膜、正己烷有机溶剂(天津市科密欧化学试剂有限公司)、HP6890/5975C气质联用仪GC/MS(美国安捷伦公司)、150 mL锥形瓶、胶头滴管等。
1.3 供试植物
采样点位于贵州赤水桫椤国家级自然保护区内大水沟(28°25′10.69″N，106°01′14.85″E)，海拔为614 m。供试植物为桫椤、小黑桫椤、中华复叶耳蕨Arachniodes chinensis和肾蕨Nephrolepis auriculata。将野外采集到的当年生新鲜叶片带回室内低温保存，测定前将4种蕨类植物嫩叶用蒸馏水冲洗干净后，打孔器制作成1.5 cm大小的植物叶碟。对照为非寄主植物中华复叶耳蕨和肾蕨，以及绿色叶碟(外形与桫椤和小黑桫椤叶碟大小相同的绿色滤纸)。
1.4 方法
1.4.1 绿带妒尺蛾幼虫对植物叶碟与绿色叶碟的趋性选择
光照和黑暗条件下，桫椤和小黑桫椤叶碟分别与绿色叶碟组合，各取2片叶碟共4个处理，1次1头，每处理重复测定60头。
1.4.2 绿带妒尺蛾幼虫对不同蕨类植物的趋性选择
黑暗条件下，桫椤和小黑桫椤分别与肾蕨和中华复叶耳蕨组合，共4个处理，1次1头，每处理重复测定50头；桫椤和小黑桫椤配对，各取2片叶碟，1次1头，重复测定65头。
1.4.3 绿带妒尺蛾幼虫在4种蕨类植物共存时的趋性选择
黑暗条件下，4种蕨类植物共存时，各取2片叶碟，“十字”交叉等距离放置于培养皿底部边缘，共1个处理，1次1头，重复测定120头。
1.5 生物测定
利用培养皿[17]测定绿带妒尺蛾幼虫对不同叶碟的选择频次。选用直径为12.0 cm的培养皿，在底部铺垫相同直径的圆形滤纸，测定前在滤纸上均匀喷洒少量蒸馏水保湿。将制作好的叶碟(图1)放置，以“十”字交叉排列等距离放在培养皿的底部边缘。放置完成后，在培养皿中央接入1头已饥饿的绿带妒尺蛾幼虫，以幼虫接触叶碟并停留(3 min)作为选择的标准(一直停留在待选择区域的幼虫则记为无效选择，不计数)，每头观察15 min，记录观察幼虫对不同叶碟的趋向选择情况，每次测定结束后更换新的试虫，并清理培养皿中的实验材料，蒸馏水清洗干燥后用于下次测定[18]。
整个实验在室内进行，测定时间为13:00—17:00。黑暗条件将培养皿用黑色塑料薄膜遮盖。
1.6 桫椤和小黑桫椤挥发物化学成分分析
1.6.1 样品制定
称取5 g桫椤和小黑桫椤新鲜嫩叶，分别放置于150 mL锥形瓶中。用胶头滴管提取10 mL的正己烷加入瓶中浸湿叶片，同时每间隔5 min振荡1次，30 min后加入2 mL的正己烷(分3次润洗)经无水硫酸钠过滤，获得粗提物。重复3次。放入−20 ℃的冰箱内密封低温保存。进样前，用99.99%的高纯氮气浓缩至1 mL。
1.6.2 气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)分析
使用HP6890/5975C气质联用仪 GC/MS(美国安捷伦公司)对2种桫椤植物嫩叶粗提物样品进行化学成分分析。色谱柱为Agilent HP-5MS(60 m×0.25 mm×0.25 μm)弹性石英毛细管柱，初始温度70 ℃(保留2 min)，以5 ℃·min−1升温至110 ℃，再以10 ℃·min−1升温至310 ℃，运行时间为45 min；汽化室温度为250 ℃；载气为高纯氦气(99.999%)；柱前压为0.127 5 MPa，载气流量为1.0 mL·min−1，不分流，溶剂延迟时间为6 min。离子源为电子轰击离子源(EI)，离子源温度为230 ℃；四极杆温度为150 ℃；电子能量为70 eV；发射电流为34.6 μA；倍增器电压为1 729Ｖ；接口温度为280 ℃；质量范围为29~500。
1.7 数据处理
用Excel统计数据，用R语言进行数据分析，使用卡方检验比较绿带妒尺蛾幼虫对不同处理的趋性选择，用Origin 2021作图。对总离子流图中的各峰经质谱计算机数据系统检索及核对Nist17和Wiley275标准质谱数据，用峰面积归一化法测定了各化学成分的相对含量。选择率=(选择虫数/测试虫总数)×100%[10]
2. 结果与分析
2.1 绿带妒尺蛾幼虫对植物叶碟的趋性选择
如表1所示：无论在光照或黑暗条件下，绿带妒尺蛾幼虫对2种蕨类植物叶碟的选择频次均极显著大于对绿色叶碟的选择频次(P＜0.01)，说明寄主植物气味可对绿带妒尺蛾幼虫产生引诱作用。光照环境下对桫椤和小黑桫椤的选择率略低于黑暗环境下的选择率，可能是在视觉作用下，绿带妒尺蛾幼虫被外形相似的绿色叶碟所“蒙骗”，导致光照条件下选择绿色叶碟的频次略大于在黑暗下的选择频次，视觉可能在寄主选择中也发挥着一定得作用。
表 1 绿带妒尺蛾幼虫对桫椤和小黑桫椤叶碟的趋性选择Table 1 Selection frequencies of P. viridifasciata larvae towards A. spinulosa and A. metteniana leaf discs respectively组合 条件 选择
频次选择
率/%χ2 P 显著性 桫椤/绿色叶碟 光照 41 68.7 8.07 0.004 5 ** 黑暗 49 81.7 24.07 9.306E−07 ** 小黑桫椤/绿色叶碟 光照 46 78.3 17.07 3.609E−05 ** 黑暗 48 80.0 21.60 3.359E−06 ** 说明：组合为实验组/对照组，绿色叶碟为对照，n=60； **表示差异极显著(P＜0.01) 2.2 绿带妒尺蛾幼虫对不同蕨类植物的趋性选择
由表2显示：黑暗条件下，绿带妒尺蛾幼虫对桫椤分别与中华复叶耳蕨、肾蕨组合，小黑桫椤分别与中华复叶耳蕨、肾蕨组合的趋性选择均差异极显著(P＜0.01)，说明绿带妒尺蛾幼虫能依靠寄主植物气味信息准确识别寄主。绿带妒尺蛾幼虫对桫椤和小黑桫椤的选择频次无显著差异(P＞0.05)，说明2种植物的气味都可以对绿带妒尺蛾幼虫产生一定的吸引作用。
表 2 绿带妒尺蛾幼虫在不同蕨类植物比较时的选择频次Table 2 Selection frequencies of P. viridifasciata larvae towards combinations of different ferns组合 选择频次 χ2 P 显著性 实验组 对照组 桫椤/中华复叶耳蕨 41 9 20.48 6.026E−06 ** 桫椤/肾蕨 37 13 11.52 0.000 6 ** 小黑桫/中华复叶耳蕨 39 11 15.68 7.501E−05 ** 小黑桫椤/肾蕨 37 13 11.52 0.000 6 ** 桫椤/小黑桫椤 36 29 0.75 0.385 3 ns 说明：组合为实验组/对照组，n=50；**表示差异极显著 (P＜0.01)；ns表示差异不显著(P＞0.05) 2.3 绿带妒尺蛾幼虫在4种蕨类植物共存时的趋性选择
如表3所示：黑暗条件下，在4种蕨类叶碟共存时，绿带妒尺蛾幼虫对不同蕨类叶碟的选择频次差异显著(P＜0.05)，其中对桫椤的选择频次最高，占总频次的38.3%。这说明在多植物环境下，绿带妒尺蛾幼虫可以准确判断最适宜的寄主植物，桫椤叶片所释放的挥发物对绿带妒尺蛾幼虫的定向选择具有更强烈的引诱作用。
表 3 绿带妒尺蛾幼虫在4种蕨类植物共存条件下的选择反应Table 3 Selection responses of P. viridifasciata larvae towards different ferns presented together植物 选择频次 选择率/% χ2 P 显著性 桫椤 46 38.3 15.8 0.001 2 ** 小黑桫椤 34 28.3 中华复叶耳蕨 21 17.6 肾蕨 19 15.8 说明：n=120；*表示差异极显著(P＜0.01) 2.4 桫椤和小黑桫椤植物化学成分
通过GC-MS分析得到桫椤和小黑桫椤嫩叶浸提物的总离子流图TIC(图2)。初步确定2种桫椤的化学组分主要是烃类、醇类、醛类等，共检测出34种化合物。其中桫椤的化合物成分有23种，小黑桫椤的化合物成分有19种，同时2种桫椤共有物质有8种。由表4可知：2种桫椤的主要成分为烃类，桫椤中相对含量最高的是二十五烷(7.75%)，小黑桫椤相对含量最高的是正二十七烷(8.84%)。其次是醇类，桫椤有5种，小黑桫椤2种，桫椤和小黑桫椤共有 γ-谷甾醇、豆甾烷醇，γ-谷甾醇(5.25%)和豆甾烷醇(8.21%)在小黑桫椤的挥发性成分中所占比例要高于桫椤，而叶醇(3.04%)仅在桫椤中存在。醛类、有机酸类、脂类、胺类在桫椤和小黑桫椤中的相对含量均相对较低，对甲氧基肉桂酸辛酯在桫椤中的相对含量仅有0.35%，庚醛在小黑桫椤中的相对含量仅为0.1%。说明在化合物组成上，桫椤和小黑桫椤既存在相似性，同时也具有一定的差异性。
图 2 桫椤和小黑桫椤嫩叶浸提物总离子流图Figure 2 Total ion current diagram of the young leaves of A. spinulosa and A. metteniana表 4 寄主植物叶片浸提物成分分析Table 4 Analysis of chemical compounds of leaf extractive substances from host plants化合物 CAS号 相对含量/% 化合物 CAS号 相对含量/% 桫椤 小黑桫椤 桫椤 小黑桫椤 十二烷 dodecane 112-40-3 0.95±0.14 正三十二烷 dotriacontane 544-85-4 1.58±0.18 2.74±0.05 二十二烷 docosane 629-97-0 0.63±0.08 叶醇 3-hexen-1-ol, (Z)- 928-96-1 3.04±1.52 二十四烷 tetracosane 646-31-1 3.90±0.01 1-辛烯-3-醇 1-octen-3-ol 3391-86-4 0.43±0.13 二十五烷 pentacosane 629-99-2 7.75±1.10 8.71±1.72 麦角甾烷醇 ergostanol 1694036 0.78±0.38 二十六烷 hexacosane 630-01-3 5.76±0.35 γ-谷甾醇 gamma.-sitosterol 83-47-6 4.40±0.99 5.25±0.56 二十七烷 heptacosane 593-49-7 6.08±0.35 豆甾烷醇 stigmastanol 19466-47-8 4.39±0.70 8.21±0.69 二十八烷 octacosane 630-02-4 6.66±1.14 7.32±0.41 反式-2-己烯醛 2-hexenal, (E)- 6728-26-3 3.93±1.60 二十九烷 nonacosane 630-03-5 4.21±0.25 壬醛 nonanal 124-19-6 0.70±0.25 1.80±1.00 三十烷 triacontane 638-68-6 2.50±0.18 庚醛 heptanal 111-71-7 0.10±0.06 三十一烷 hentriacontane 630-04-6 2.31±0.23 棕榈酸 n-hexadecanoic acid 21096 0.79±0.45 正二十三烷 tricosane 638-67-5 1.53±0.06 2.15±0.54 α-亚麻酸 9,12,15-octadecatrienoic
acid, (Z,Z,Z)-463-40-1 2.12±1.72 正二十四烷 tetracosane 646-31-1 5.52±1.22 对甲氧基肉桂酸辛酯 2-propenoic acid,
3-(4-methoxyphenyl)-, 2-ethylhexyl ester5466-77-3 0.35±0.17 0.40±0.29 正二十六烷 hexacosane 630-01-3 8.06±1.43 对甲氧基肉桂酸异辛酯 2-ethylhexyl
trans-4-methoxycinnamate83834-59-7 0.31±0.14 正二十七烷 heptacosane 593-49-7 8.84±1.60 油酸酰胺 9-octadecenamide, (Z)- 301-02-0 0.58±0.17 正二十九烷 nonacosane 630-03-5 6.73±0.39 十六烷基二甲基叔胺 dimethyl palmitamine 112-69-6 0.31±0.01 正三十烷 triacontane 638-68-6 4.18±0.14 十八烷基二甲基叔胺 dimantine 124-28-7 0.93±0.11 正三十一烷 hentriacontane 630-04-6 4.15±0.22 4-乙烯基-2-甲氧基苯酚 2-methoxy-
4-vinylphenol7786-61-0 0.34±0.02 说明：表中数据是平均值±标准差(n=3)；若为空白，则说明未检测到或者相对含量很低 3. 讨论
植物挥发性物质是一类组成复杂、分子量为100~200的混合物质，主要包括烷烃类、醇类、醛类、酸类等，并以一定的比例组成植物独有的化学指纹图谱对植食性昆虫产生嗅觉刺激[19]。本研究发现：桫椤和小黑桫椤叶片具有相似的化学指纹图谱，化合物成分组成都以烃类为主，其次是醇类、醛类、酸类、脂类等。植物挥发物在植食性昆虫寄主选择中发挥着重要作用[20]。植食性昆虫依据植物挥发物对特定植物进行定向选择，最终识别寄主植物进行取食或产卵[21]。本研究发现：在光照和黑暗环境下，桫椤和小黑桫椤分别与绿色叶碟组合时，绿带妒尺蛾幼虫对桫椤和小黑桫椤有明显的趋向选择，可见桫椤和小黑桫椤释放的气味对绿带妒尺蛾幼虫有引诱作用。植食性昆虫在寄主选择时，视觉和嗅觉发挥着重要作用[22]。如苹果实蝇Rhagoletis pomonella寻找寄主植物时，嗅觉会与视觉相互作用[23]。在光照条件下，寄主植物和绿色叶碟共存时，尽管外形相似，绿带妒尺蛾幼虫依然可以准确选择寄主植物。
植物挥发物作为引导植食性昆虫的一种利他素，为植食性昆虫—植物二级营养关系建立过程中的信息化学物[24]。植食性昆虫凭借植物的化学图谱识别寄主植物和非寄主植物[25]。在一定距离内，昆虫通过嗅觉感官感知浓度达到一定阈值水平的化合物组成所代表的植物信息[26]。本次研究表明：当寄主植物和非寄主植物对比时，绿带妒尺蛾幼虫可以准确识别寄主植物，说明幼虫可被寄主植物所吸引[27]。如曹凤勤等[28]研究B型粉虱Bemisia tabaci对不同植物挥发物的行为反应结果表明：寄主植物挥发物对其有明显引诱作用。黄胸蓟马Thrips hawaiiensis对寄主植物挥发物有特殊偏好[29]。荔枝Litchi chinensis叶片气味对粗胫翠尺蛾Thalassodes immissaria具有导向作用[30]。当2种寄主植物对比时，绿带妒尺蛾幼虫对两者的选择并无差异，可能同为桫椤属蕨类植物，两者在化合物组成和含量上存在相似性。本研究通过GC-MS分析桫椤和小黑桫椤叶片的化合物成分证实，2种桫椤共有8种化合物。
从进化的角度来看，昆虫面临着强大的选择压力，如在寻找寄主时，往往要面对复杂的气味环境[31]。昆虫的感觉系统和搜索机制已经进化到处理复杂的化学物质，从而有效地定位合适的宿主来最大化自身的适应性[32]。如在6种植物共存时，烟叶蛾初孵幼虫可准确识别最适宜寄主植物烟草Nicotiana tabacum[33]。本研究中，在4种蕨类都存在时，绿带妒尺蛾幼虫可准确识别最适宜寄主植物桫椤，说明对寄主气味存在高度的特异性和敏感性[34]。在桫椤中存在的叶醇具有一定的青草气味，同时也作为昆虫警报、集合利用的信息素，并且还可作为防御、忌避、通信和环境安全的重要工具[35-36]，这可能是绿带妒尺蛾幼虫更趋向桫椤的原因之一。同时，在鳞翅目昆虫中，由于幼虫活动能力受限，主要依赖于成虫对寄主植物的产卵选择[37]，如产卵假说认为雌性成虫更容易将卵产在有利于后代发育的寄主植物上[38]。田间采集情况发现，幼虫主要集中分布在桫椤叶上，但成虫具体如何产卵选择，还需进一步研究。
4. 结论
绿带妒尺蛾幼虫鉴别寄主植物和非寄主的能力较强，能被桫椤和小黑桫椤所吸引，同时桫椤释放的挥发物对其具有更强烈的引诱作用。GC-MS结果显示：在桫椤中存在的叶醇和壬醛有望作为绿带妒尺蛾的引诱剂成分。
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图 2 土壤有机碳、可溶性有机碳、颗粒态有机碳、微生物生物量碳和矿物结合态有机碳动态变化
Figure 2 Dynamics changes of SOC, DOC, POC, MBC and MAOC in different treatments
图 3 土壤CO2排放量与土壤有机碳(A)、颗粒态有机碳(B)和矿物态有机碳(C)相关性
Figure 3 Correlation between soil CO2 emission and SOC(A)，POC(B) and MAOC(C)
表 1 不同处理的毛竹和蚯蚓及毛竹生物量
Table 1. Biomass of Phyllostachys eduli and earthworm in different treatments
物种 处理 不同取样时间毛竹和蚯蚓生物量/g 0 17 34 51 68 85 d 毛竹 ck 11.17±1.05 Ab − − − − 24.58±1.16 Ba MBL 13.36±0.77 Ab − − − − 30.02±1.61 Ba MBLE 14.71±1.13 Ac 18.14±1.74 c 27.60±1.38 b 30.99±1.06 b 39.61±0.89 a 37.68±0.33 Aa 蚯蚓 MBLE 1.75±0.05 c 2.15±0.06 c 3.54±0.05 b 3.40±0.13 b 3.58±0.07 b 4.70±0.15 a 说明：ck. 盆栽内仅种植毛竹；MBL. 毛竹盆栽内添加凋落物；MBLE. 毛竹盆栽内同时添加凋落物和蚯蚓。−代表无数据。不同大写字母为同时间内不同处理间差异显著(P＜0.05)，不同小写字母为同处理不同时间间差异显著(P＜0.05)。 
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表 2 不同处理CO2的排放通量和分段累积排放量
Table 2. Soil CO2 fluxes and phased cumulative CO2 emissions from different treatments
采样日期
(年-月-日)取样时间/d CO2排放通量/(mg·kg−1·h−1) CO2分段累积排放量/(mg·kg−1) ck MBL MBLE ck MBL MBLE 2021-01-05 1 18.68±1.97 Abcde 19.49±1.42 Afg 19.85±0.70 Ac 4.48±0.47 Ag 4.68±0.34 Aj 4.76±0.17 Ai 2021-01-07 3 12.73±1.91 Adef 23.89±4.36 Adefg 23.76±1.97 Abc 11.31±0.70 Bg 15.62±1.36 Aij 15.70±0.58 Ahi 2021-01-09 5 14.85±0.72 Bdef 17.22±2.08 Bg 54.13±4.58 Aa 18.18±0.83 Bg 24.68±1.31 Bij 38.04±2.40 Ahi 2021-01-11 7 10.09±1.47 Cf 69.60±2.10 Aa 30.64±3.01 Bbc 23.60±0.56 Bg 51.80±0.69 Ahi 55.56±2.66 Aghi 2021-01-13 9 15.50±1.09 Bdef 33.18±3.67 Abcdef 23.53±1.61 Bbc 30.39±0.37 Bf 72.10±0.68 Ah 67.71±2.79 Afg 2021-01-20 16 24.39±2.52 Bab 44.47±1.96 Ab 30.26±2.36 Bbc 64.97±2.38 Cf 138.68±4.36 Ag 113.70±3.80 Befg 2021-01-21 17 10.24±1.07 Bf 31.58±2.69 Abcdef 29.37±2.78 Abc 71.58±2.31 Cf 155.39±4.33 Afg 127.91±3.06 Bef 2021-01-27 23 11.70±1.41 Bef 20.94±2.23 ABefg 25.61±3.92 Abc 84.92±2.00 Cef 185.62±5.95 Aef 160.44±1.52 Bde 2021-02-03 30 16.54±2.02 Bbcdef 23.22±1.14 ABdefg 29.82±2.56 Abc 109.22±4.08 Be 222.99±7.23 Ae 207.51±4.35 Ad 2021-02-24 51 30.97±2.13 Ba 34.53±1.91 Bbcde 50.15±2.21 Aa 230.68±8.02 Cd 369.87±12.13 Bd 411.47±14.10 Ac 2021-03-10 65 19.70±0.56 Bbcd 25.63±2.35 ABcdefg 30.92±2.30 Abc 314.46±9.13 Cbc 469.87±17.16 Bc 545.36±19.28 Ab 2021-03-13 68 24.07±1.24 Bab 36.61±3.67 Abcd 34.93±1.97 Ab 335.99±8.80 Cb 501.06±16.22 Bc 577.45±20.33 Ab 2021-03-23 78 15.94±1.18 Bcdef 38.48±4.00 Abc 22.82±2.55 Bbc 383.02±8.38 Ca 591.40±11.34 Bb 645.29±22.10 Aa 2021-03-30 85 23.76±1.38 Babc 34.75±2.47 Abcd 25.99±0.85 Bbc 422.07±9.52 Ba 661.25±9.51 Aa 692.53±22.64 Aa 说明：不同大写字母为同时间内不同处理间差异显著(P＜0.05)，不同小写字母为同处理不同时间间差异显著(P＜0.05)。
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