蚯蚓在地球上的地位--新的研究为蚯蚓生态学提供了一个全球视角|研究

导  读

 比人类更早来到这个世界上，一直在地里默默耕耘的蚯蚓，如今登上了《Science》的封面，可谓荣光之至。的确，如同文中所说“为了了解陆地生态系统将如何响应人类活动而发生变化，生态学家必须了解哪些土壤生物生活在何处，以及它们在各自生态系统中的功能”，蚯蚓该先出来现身说法。

作者：Noah Fierer

出处：Science (2019) 366:425-426

译者： 陈能场（广东省生态环境技术研究所研究员、中国科协环境生态领域首席传播专家）李颖（大自然保护协会中国农业项目总监）

查尔斯•达尔文在彻底改变了我们对地球上生命的理解之后，又开始研究了蚯蚓。1881年，达尔文出版了他的最后一部科学著作，一本关于蚯蚓的专著（1），当时的销量与《物种起源》相媲美。140年后，人们一直对蚯蚓充满热情，因为人们认识到它们在陆地系统中的重要性，比如在庭院和热带雨林之间的不同。在本期第480页，Phillips等人记录了来自35个国家/地区的141名研究人员集体努力开发的全球规模蚯蚓地图集（2）。达尔文的研究继续被传承。

在自然界里，蚯蚓作为生态系统工程师，影响着陆地生态系统的结构和功能。通过在土壤挖钻孔洞，促进土壤颗粒稳定成团聚体、增加土壤孔隙度、提高降雨期间水渗入土壤的速度;减少山坡对地表土壤的侵蚀;并加速气体进入或流出土壤。被亚里士多德称为地球肠道的蚯蚓，每天在土壤中摄取超过其自重30倍的土壤重量, 加速有机物分解，并能迅速将大量的枯枝落叶混合到下面的土壤层中，从而增加植物养分的释放。蚯蚓的存在通常能促进植物的生长，也包括我们粮食系统作物的生长，但这种影响的程度因植物和蚯蚓物种而异（4）。

蚯蚓对生态系统影响的一个突出例子来自对温带和北方森林的研究。这些森林在上一个冰川期之后就没有了蚯蚓。由于这些没有蚯蚓的生态系统被外来的蚯蚓物种殖民，森林很快失去了覆盖土壤表面厚厚的枯枝落叶层，土壤碳和氮的动态变化也发生了相应的变化（5）。反过来，蚯蚓侵入又会导致植物群落发生剧烈变化，往往导致以低多样性植物群落取代不同的地底草本植物群落和树苗群落（6）。

不管有还是没有管理的土壤，全世界的土壤中都能发现蚯蚓，而且可能数量非常丰富。一平方米可包含超过150条的蚯蚓，其集体生物量可超过每公顷1500公斤（大致相当于两头成年牛的重量）。蚯蚓多样性也很高，已被记载的物种至少有7000种，可能还有更多的物种等待描述。它们的分类多样性与其形态和生态多样性相匹配。蚯蚓的长度可以从几厘米到3米（例如，濒临灭绝的巨虫Megascolides australis），可以根据它们的进食偏好和洞穴结构进行分类，这有助于特定物种对土壤特性的影响（见图7）。

尽管它们在陆地生态系统中具有明显的重要性，但描述全球生物地理模式的尝试却少之又少。与许多几十年来在全球范围研究地上植物和动物分类不同，生态学家对地球上蚯蚓的多样性和丰度变化只有很少了解。Phillips等人的研究为解决这一知识差距迈出了重要的一步。

作者对56个国家/地区的7000个地点进行了调查，并记录了各种的蚯蚓分布模式。一些蚯蚓分布与地上分类群完全符合我们预期。例如，气候变量（即降水和温度）是预测蚯蚓群多样性和生物量的最佳预测因素，对于许多地上分类来说也是如此。然而，其他的蚯蚓模式与生物地理学领域已有的范式形成鲜明对比。例如，与许多植物和动物类群不同（8），在低纬度热带系统中，蚯蚓的多样性不一定是最高的。英格兰南部可能不被视为市植物或动物多样性丰富的热点地区，但它是名副其实的蚯蚓天堂，土壤蕴藏着一些极丰富多样性的蚯蚓。

科学研究也让研究人员了解以前对蚯蚓未知的信息。这个研究里的数据表明，研究人员有必要对特定区域的多样性进行更深入的调查。虽然热带土壤的蚯蚓多样性似乎低于高纬度土壤，并且具有较高的多样性丰度（即，不同地点共享的分类单元很少），但这一结论可能由于缺乏热带地区研究蚯蚓的生物学家造成的。此外，尽管Phillips等人的研究表明，蚯蚓分布对气候高度敏感，但尚不清楚全球土壤中的蚯蚓将如何应对持续的气候变化，以及这种应对措施对陆地生态系统的功能。同样，尽管生态学家知道土地使用利用方式和改变（包括农药使用、耕作和其他农业措施）可以严重影响当地蚯蚓群落，但是这样的研究没有被重视（9）。鉴于蚯蚓作为生态系统的作用，其群落的多样性和分布变化需要深入调查。Phillips等人提供了指导此类调查的路线图。

这项新研究还加大了对记录其他土壤生物多样性的研究工作，包括细菌（10）、真菌（11）和线虫（12），因为人们日益认识到土壤生物多样性对人类和生态系统健康的重要性没有得到重视。由于这些原因，全球土壤生物多样性倡议（13）希望引起国际社会的关注，以收集指导和促进土壤生物多样性保护所需的科学知识为主要任务。由于土壤群落不一定与地上群落成镜像关系，现行的生态保护政策着重保护地上可见的动植物，没有充分保护我们脚下的生物多样性。只有生态学家充分了解土壤生物种类和栖息地环境，以及它们在各自生态系统中发挥的功能，才能有效地在农业生态系统中最大限度地提高作物产量，在土壤中固定更多碳，了解陆地生态系统将如何响应人类活动和应对变化。否则，我们可能无法真正知道正在流失的生态系统。

参考文献

1. C. Darwin, The Formation of Vegetable Mould Through the Action of Worms with Some Observations on Their Habits (John Murray, London, 1881).

2. H. R. P. Phillips et al., Science 366, 480 (2019).

3. C. G. Jones, J. H. Lawton, M. Shachak, Oikos 69, 373 (1994).

4. J. W. van Groenigen et al., Sci. Rep. 4, 6365 (2014).

5. J. M. Crumsey et al., Biogeochemistry 126, 379 (2015).

6. L. E. Frelich et al., Biol. Invasions 8, 1235 (2006).

7. M. Blouin et al., Eur. J. Soil Sci. 64, 161 (2013).

8. K. J. Gaston, Nature 405, 220 (2000).

9. P. J. Bohlen, in Encyclopedia of Soil Science (Taylor & Francis, ed. 3, 2017), pp. 701–705.

10. M. Delgado-Baquerizo et al., Science 359, 320 (2018).

11. L. Tedersoo et al., Science 346, 1256688 (2014).

12. J. van den Hoogen et al., Nature 572, 194 (2019).

13. Global Soil Biodiversity Initiative, www.globalsoilbiodiversity.org.

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