土壤動物作為土壤健康評價(jià)指標(biāo)研究進(jìn)展

摘要：土壤動物是土壤生物的重要組成部分，不僅參與塑造土壤環(huán)境的生態(tài)過程，而且對土壤物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和生物性質(zhì)變化的響應(yīng)迅速，適于作為土壤健康評價(jià)指標(biāo)。概述了土壤動物與土壤健康之間的關(guān)系，總結(jié)了現(xiàn)在用于反映土壤健康的土壤動物類群與指標(biāo)，并論述了土壤動物在農(nóng)田、森林和草地等生態(tài)系統(tǒng)土壤健康評價(jià)中的應(yīng)用，以期為保護(hù)土壤生物多樣性，營造和維護(hù)健康的土壤環(huán)境提供參考。

關(guān)鍵詞：土壤動物；土壤健康；評價(jià)指標(biāo)

中圖分類號：S154.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1002-204X（2025）01-0045-06

doi：10.3969/j.issn.1002-204x.2025.01.006

土壤是陸地表面具有一定肥力、能夠生長植物的疏松層。它承擔(dān)著物質(zhì)生產(chǎn)、碳固存、水分保持與調(diào)節(jié)、污染物過濾與凈化、生物多樣性支持及其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能[1]。土壤質(zhì)量高低深刻影響著動植物和人類，甚至生態(tài)系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定[2]。氣候變化、不合理的土地利用及環(huán)境污染等因素導(dǎo)致一些地區(qū)的土壤質(zhì)量下降，影響糧食安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[3]。近些年土壤健康評價(jià)作為評估土壤可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Φ闹匾芯渴侄危絹碓绞艿疥P(guān)注[4]。

土壤健康是對土壤質(zhì)量研究不斷深化的產(chǎn)物，側(cè)重于土壤性狀發(fā)生改變的動態(tài)特征[5]。以往土壤健康評價(jià)體系多基于靜態(tài)的土壤物理和化學(xué)特性指標(biāo)，而關(guān)于過程的動態(tài)監(jiān)測指標(biāo)較少[6]。相比土壤理化特性，土壤生物和生化特性對環(huán)境變化反應(yīng)更為敏感，并且許多與土壤理化特性相關(guān)的土壤過程多由土壤生物介導(dǎo)而發(fā)生[7]。作為土壤生物重要組分的土壤動物幾乎參與所有與塑造土壤環(huán)境有關(guān)的生態(tài)過程，而且其種類組成和個體數(shù)量受土壤物理、化學(xué)及微生物特性影響明顯，是土壤環(huán)境變化的良好指示性生物，適于作為動態(tài)指標(biāo)評價(jià)土壤健康狀況[8-9]。本文闡述了土壤動物與土壤健康的關(guān)系，以及反映土壤健康的常用指標(biāo)，并以農(nóng)田、草地和森林等生態(tài)系統(tǒng)為例，分析其在土壤健康評價(jià)中的應(yīng)用，以期為營造和維護(hù)健康的土壤環(huán)境提供參考。

1 土壤健康的含義

DORAN J W等[10]于2000 年提出，土壤健康指在生態(tài)系統(tǒng)和土地利用邊界內(nèi)，土壤能維持生物生產(chǎn)力、保持環(huán)境質(zhì)量以及促進(jìn)動植物和人類健康的能力。2016 年我國《耕地質(zhì)量等級》（GB/T 33469—2016）引入了土壤健康狀況，它被定義為“土壤作為一個動態(tài)生命系統(tǒng)具有的維持其功能的持續(xù)能力，用清潔程度、生物多樣性表示”[11]，強(qiáng)調(diào)土壤健康是土壤持續(xù)提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能而不發(fā)生土壤退化及其他生態(tài)環(huán)境問題?？梢?，土壤健康已不再限于其生產(chǎn)性，而是與生態(tài)環(huán)境聯(lián)系起來，被融入更多的生態(tài)屬性。因此，健康的土壤不僅在于良好的土壤理化性狀；更在于土壤的生物活性，體現(xiàn)于生物種類的豐富度、代謝的活躍性、土壤食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性等[12-13]。土壤生物指標(biāo)的開發(fā)、應(yīng)用和監(jiān)測被認(rèn)為是21 世紀(jì)土壤健康評價(jià)框架中最具變革性的環(huán)節(jié)[14]。

2 土壤動物與土壤健康的關(guān)系

土壤動物與土壤健康息息相關(guān)，不僅其種類豐富、數(shù)量繁多，分布廣泛，而且具有多樣的生活史策略和攝食類型，在改善土壤理化性質(zhì)、凈化土壤環(huán)境、維持生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)和能量流動等方面具有重要的貢獻(xiàn)[12，15]。COLE L等[16]研究顯示，土壤養(yǎng)分的釋放速率隨土壤動物密度的增加而提升；BRUSSAARD L[17]的研究結(jié)果表明：土壤動物的掘土和取食活動有助于改善土壤的物理結(jié)構(gòu)，增加土壤的疏松度和透氣性，有利于植物根系的生長和微生物的活動。此外，土壤動物對其所處的環(huán)境有很強(qiáng)的依賴性和敏感性，周圍土壤理化特性或生物特性改變能直接促使土壤動物群落發(fā)生相應(yīng)的變化。土壤動物成為土壤健康良好的指示性生物[3]。

3 土壤健康評價(jià)中的土壤動物指標(biāo)

鑒于土壤動物與土壤環(huán)境的關(guān)系，LINDEN D R等[18]在1994 年對土壤動物作為評價(jià)土壤質(zhì)量指標(biāo)的潛力進(jìn)行了探究，認(rèn)為土壤質(zhì)量評估指標(biāo)應(yīng)包括土壤動物。YAN S K等[19]認(rèn)為土壤動物群落特征與土壤質(zhì)量密切相關(guān)，土壤動物群落指數(shù)可表征土壤環(huán)境狀況。目前，在土壤健康評價(jià)中使用頻率較高的土壤動物類群有土壤線蟲、節(jié)肢動物（主要為螨蟲和跳蟲）和蚯蚓等[9]。

3.1 土壤線蟲

土壤線蟲屬于線形動物門，體長多在0.3～5.0 mm，體寬小于0.1 mm，為小型土壤動物[20]。線蟲不僅數(shù)量多、種類豐，而且功能多樣，生態(tài)適應(yīng)性強(qiáng)，在各類土壤中均有生存，能對土壤環(huán)境變化迅速作出響應(yīng)[9，21]。因此，土壤線蟲作為指示性生物評價(jià)土壤健康的研究不斷深入。20 世紀(jì)90 年代之前，研究者多利用土壤線蟲群落多樣性指數(shù)，如豐富度、均勻度、多度、優(yōu)勢度及香農(nóng)-威納指數(shù)等分析土壤環(huán)境[22]。20世紀(jì)90年代之后，隨著表征線蟲生活史特征和營養(yǎng)類型指數(shù)的提出，開始逐步通過衡量土壤微食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)和功能評價(jià)土壤環(huán)境。1990年BONGERS T[23]依據(jù)生活史策略不同將土壤線蟲劃分為5 種c-p 類群，并基于生活史類型組成提出成熟度指數(shù)以表征土壤生態(tài)系統(tǒng)受擾動程度。隨后，YEATES G W等[24]依據(jù)取食差異將土壤線蟲劃分為食細(xì)菌性、食真菌性、捕食性、植食性和雜食性5 個營養(yǎng)類群，奠定了土壤微食物網(wǎng)研究的基礎(chǔ)。2001 年FERRIS H等[25]在線蟲營養(yǎng)類群劃分的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出了能夠揭示土壤微食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)、養(yǎng)分富集狀況和分解路徑的富集指數(shù)、結(jié)構(gòu)指數(shù)和通路指數(shù)。2010 年FERRIS H[26]又提出了線蟲功能代謝足跡，以指示土壤生態(tài)系統(tǒng)碳代謝過程。這些指標(biāo)的提出與應(yīng)用可有效地從土壤生物的角度衡量土壤健康狀況。

3.2 土壤節(jié)肢動物

土壤節(jié)肢動物的種類非常豐富，涵蓋多個綱目，如昆蟲綱、蛛形綱、唇足綱、倍足綱等其個體大小差異懸殊，食性多樣，對土壤環(huán)境變化響應(yīng)迅速，土壤節(jié)肢動物作為指示土壤健康的重要指標(biāo)而受到關(guān)注。但正是由于這類生物群種類繁多，精準(zhǔn)進(jìn)行形態(tài)分類存在困難，所以不易直接量化其多樣性作為評價(jià)指標(biāo)。MENTA C等[27-28]基于“在高質(zhì)量土壤中（高有機(jī)質(zhì)含量、輕污染、低緊實(shí)），形態(tài)上適應(yīng)土壤環(huán)境的節(jié)肢動物類群數(shù)量會更多”的概念提出了QBS-ar 指數(shù)。通過對樣本中土壤節(jié)肢動物的生態(tài)形態(tài)評分（EMI）并求和得到QBS-ar 數(shù)值。土壤條件越好，QBS-ar值越高。YAN S K等[19]依據(jù)豐富度提出了FAI 指數(shù)，通過衡量土壤動物群落與功能性狀特征，表征土壤保持生物多樣性和實(shí)現(xiàn)土壤功能的能力，監(jiān)測土壤健康。此外，螨類和跳蟲在土壤節(jié)肢動物中占比較高，常用兩者的豐度比值反映中型土壤動物群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，以衡量土壤健康狀況[29]。

3.3 蚯蚓

蚯蚓屬環(huán)節(jié)動物門寡毛綱，成蚓體寬多大于2 mm，為大型土壤動物。蚯蚓通過采食、消化和排泄等活動，不僅可加速有機(jī)物質(zhì)的分解與轉(zhuǎn)化，還可以促進(jìn)土壤結(jié)構(gòu)的形成，改善土壤的通透性，被譽(yù)為“生態(tài)系統(tǒng)的工程師”[30]。由于蚯蚓多生活在濕潤的土壤中，表皮角質(zhì)層較薄且其上分布多個腺孔與外界相通，對土壤環(huán)境變化，特別是土壤污染反應(yīng)非常敏感。一旦外界環(huán)境刺激過大就會影響蚯蚓的生長和繁殖，甚至引起逃逸或死亡[31]。因此，蚯蚓在土壤中是否存在及存在個體數(shù)量多少能直接反映土壤健康。隨著研究的深入，研究者提出了基于蚯蚓的土壤質(zhì)量生物監(jiān)測指標(biāo)（QBS-e）[32]。該指標(biāo)降低了對專業(yè)分類知識的要求，簡化了評價(jià)過程，增強(qiáng)了適用性。

3.4 土壤健康評價(jià)體系

通過篩選一些與土壤性狀相關(guān)的指標(biāo)來構(gòu)建土壤健康評價(jià)體系，用以評估和分析土壤健康狀況。隨著土壤健康評價(jià)工作的不斷深入，土壤動物指標(biāo)也逐步被納入評價(jià)體系中，這不僅豐富了評價(jià)指標(biāo)而且提升了評價(jià)質(zhì)量?，F(xiàn)有國內(nèi)外主要的土壤健康評價(jià)體系有新西蘭SINDI 土壤健康評價(jià)方法、康奈爾土壤健康評價(jià)體系（CASH）、德國M俟ncheberg評價(jià)體系（M-SQR）、我國耕地質(zhì)量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、基于土壤功能的Soil Navigator農(nóng)田管理決策系統(tǒng)[1，33-34（] 表 1）。

4 土壤動物指標(biāo)在不同生態(tài)系統(tǒng)土壤健康評價(jià)中的應(yīng)用

4.1 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)

土壤是農(nóng)業(yè)發(fā)展的先決條件，而土壤生物是土壤健康的關(guān)鍵因素[35]。農(nóng)藥和化肥的使用、耕作模式及種植方法等都會對農(nóng)田土壤健康產(chǎn)生影響[36]。土壤動物作為指示者常被用于指示這些擾動情況。耕作方式轉(zhuǎn)變引起土壤理化環(huán)境的變化可在土壤動物群落上體現(xiàn)。由傳統(tǒng)耕作轉(zhuǎn)為保護(hù)性耕作，提高了農(nóng)田土壤動物個體密度，改善了群落結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能。據(jù)統(tǒng)計(jì)，東北黑土農(nóng)田實(shí)施保護(hù)性耕作后，每平方米蚯蚓生物量提高了10 倍[37]；線蟲群落中食真菌線蟲比例降低，而食細(xì)菌性和捕食性線蟲比例增加，并通過下行效應(yīng)/ 捕食效應(yīng)有效提升土壤食物網(wǎng)對有機(jī)碳固持的生態(tài)功能[38]。林英華等[39]研究顯示，蜱螨目、彈尾目、膜翅目和土壤動物個體總數(shù)對長期施肥引起的土壤有機(jī)質(zhì)和全氮變化具有很好的預(yù)測能力。農(nóng)藥施用對土壤動物具有明顯的副作用，如施用有機(jī)磷農(nóng)藥降低了土壤動物數(shù)量及其多樣性，對蚯蚓有很強(qiáng)的致死效應(yīng)[40]。

4.2 草地生態(tài)系統(tǒng)

與耕地相比，草地土壤健康更多強(qiáng)調(diào)其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，即“土壤維持其支持、調(diào)節(jié)、供給和文化服務(wù)均衡發(fā)展的能力”[41]。草地管理模式和氣候變化對草地土壤健康的影響是評價(jià)的兩個重要方面，由衡量土壤物理、化學(xué)特性和生物特性的指標(biāo)體系進(jìn)行評價(jià)，其中生物指標(biāo)隨研究的深入在土壤酶、土壤微生物的基礎(chǔ)上增添了蚯蚓豐度和土壤動物多樣性指標(biāo)[42]。相比物理和化學(xué)指標(biāo)，評價(jià)中生物指標(biāo)的使用較少。近些年有關(guān)放牧、刈割等草地管理模式和降水變化對土壤動物影響的研究有所增加[43-44]。武崎等[45]研究發(fā)現(xiàn)，不同土壤動物類群對放牧強(qiáng)度的響應(yīng)不同，建議評價(jià)放牧對草地生態(tài)系統(tǒng)影響時需選取合適的土壤動物類群。姜路帆等[44]的研究發(fā)現(xiàn)，線蟲對降水變化具有重要的指示作用。

4.3 森林生態(tài)系統(tǒng)

森林土壤健康是指林地土壤促進(jìn)森林植被生產(chǎn)和維護(hù)森林生態(tài)系統(tǒng)功能的能力[46]。通過選取適宜的評價(jià)指標(biāo)診斷自然因素和人為干擾是否造成林地土壤退化以至引起土壤功能失調(diào)[47]。評價(jià)體系同樣包含物理指標(biāo)、化學(xué)指標(biāo)和生物指標(biāo)。土壤敏感性動物被列入生物指標(biāo)中，但在具體評價(jià)中應(yīng)用的土壤動物指標(biāo)也較少[48-49]，大多通過土壤動物特征反映森林人為采伐和森林保育等對林地土壤生物多樣性的影響。如北方溫帶森林采伐后土壤動物豐度降低而對其類群數(shù)量無明顯影響[50]。圍封育林后，降低了人為干擾，促進(jìn)了林下植被更新，提高了土壤動物多樣性[51]。由此可見，森林土壤動物對環(huán)境變化反應(yīng)的敏感性，應(yīng)將土壤動物學(xué)研究與森林土壤健康的研究結(jié)合起來用于森林土壤健康評價(jià)。

5 展望

目前，土壤動物指標(biāo)在土壤健康評價(jià)中的應(yīng)用有所發(fā)展，由于對物種認(rèn)識水平的局限，與土壤動物有關(guān)的土壤健康評價(jià)體系有待完善。此外，除了農(nóng)田、草地、森林生態(tài)系統(tǒng)外，其他生態(tài)系統(tǒng)還需要加強(qiáng)基于土壤動物的土壤健康評價(jià)研究。未來研究需關(guān)注以下幾個方面：

（1）鑒于土壤動物多樣性是土壤健康重要的評價(jià)指標(biāo)之一，未來需提升土壤動物分類水平，推動土壤動物多樣性的研究。

（2）進(jìn)一步挖掘基于土壤動物功能性狀的土壤健康評價(jià)指標(biāo)，并構(gòu)建精細(xì)且全面的評價(jià)體系，確保土壤健康評價(jià)的準(zhǔn)確性與科學(xué)性。

（3）擴(kuò)展土壤動物指標(biāo)在濕地、荒漠、極地等生態(tài)系統(tǒng)的土壤健康評價(jià)中的應(yīng)用，以促進(jìn)各類生態(tài)系統(tǒng)的土壤環(huán)境達(dá)到健康、穩(wěn)定的狀態(tài)。

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責(zé)任編輯：達(dá)海莉