土壤动物活动对矿区废弃地土壤质量的影响

高婷婷

（安徽师范大学 国土资源与旅游学院，安徽 芜湖241003）

1 引言

土壤动物是土壤中和落叶下生存着的各种动物的总称，土壤动物作为生态系统物质循环中的重要消费者，在生态系统中起着重要的作用，一方面积极同化各种有用物质以建造其自身，另一方面又将其排泄产物归还到环境中不断改造环境。土壤动物对土壤的物质转化、土壤形成与熟化均起到重要作用。随着生态科学研究的日趋深入，土壤动物在生态系统中的作用愈加明显。

土壤动物对矿区废弃地的恢复和重建起到至关重要的作用。虽然采矿区的土壤形成是一个复杂的过程，但是土壤动物数量多，综合作用较强，受外界环境的制约较小，不同类群的土壤动物在土壤中也会完成不同的任务，因此土壤动物可以作为矿区废弃地的先锋动物。土壤动物的介入是矿区废弃地生态恢复与重建的重要途径。

由于采矿严重破坏了生态环境，土壤的结构以及功能也造成严重破坏，并带来系列的问题，如生物多样性减少等，因此矿区土壤的恢复迫在眉睫。

2 国内外关于土壤动物活动对矿区废弃地土壤质量影响的研究

国内学者对矿区土壤动物的研究较晚，矿区土壤微生物的研究早于土壤动物，阳承胜[1]较早对矿区土壤动物进行采样调查。随着矿区废弃地的持续增加，国内学者开始重视对矿区土壤生物的研究，除了对矿区土壤生物的组成、群落功能、多样性以及恢复重建研究后，还通过研究矿区植被与土壤动物相互作用来对矿区环境进行改善。但国内这些研究集中在对矿区土壤动物的基础研究，以及对矿区环境的响应上，对矿区废弃地土壤动物迁居研究甚少。

国外学者对矿区生态系统土壤动物关注较早，尤其是一些发达国家学者对矿区土壤生物进行了很多研究。如Wolfram Dunger等[2]较早对德国东部褐煤区覆土造林进行了长期研究（从1961年开始），在1996～1999年做了一个包含微型土壤动物、中型土壤动物和大型土壤动物新的调查，其中关于最早发育期的有壳变形虫、线虫、正蚓科、盲蛛、甲螨、蜈蚣、千足虫、蚂蚁、步行虫和隐翅虫。如 M.šourková[3]等对德国科特布斯附近和捷克索科洛夫附近褐煤矿区土壤微生物演替进行了研究，认为土壤微生物活动对矿区景观生态系统的恢复起着重要作用。Háněl L[4]针对德国科特布斯附近劳济次褐煤区，通过研究线虫从煤矿地最初种植的幼苗樟子松到具有30年树龄的松树人工林的演替，并与具有40年树龄的半野生松林下的土壤线虫进行对比，发现在半野生自然松林下的线虫种类最多。Frouz J等[5]对美国采矿废弃地沿气候梯度下土壤动植物进行研究，发现矮草草原（怀俄明州）煤矿废弃地土壤群落具有丰富的食根线虫，其恢复快于其他含有丰富腐食性土壤生物的煤矿废弃地，可能有助于形成更快的恢复群落。

3 土壤动物活动对矿区废弃地土壤质量的影响

3.1 土壤动物活动对矿区废弃地土壤物理性质的影响

矿区废弃地土壤的恢复在于土壤质量，土壤质量取决于土壤的物理性质、化学性质、生物性质。土壤结构是决定土壤质量的基本要素之一。大型土壤动物可以创造三种土壤结构：排泄在土表和土内的粪便，用来居住的洞穴，在土内活动留下的孔道[6]。就拿蚯蚓来讲，污染区土壤通常具有恶劣的物理性质，而蚯蚓是改善土壤物理结构、改善土壤通气性和透水性、增强土壤肥力的能手[7]。在许多土壤中，蚯蚓是动物群的重要组成部分。作为食碎屑者，它们负责死有机物质的分解和循环。这将在土壤表层直接掺入（如树叶或粪便生产）到沉积物中，从而有助于碎屑的埋葬。通过土栖型（endogeic）的 物 种 （如 Aporrectodea caliginosa 和Allolobophora chlorotica）的挖穴活动，土壤充分混合，导致矿物成分和有机碎片混为一体。蚓粪的团粒结构是独特的，由于比周围土壤含有更丰富的微生物和营养物，是促进植物生长的理想基质。通过蚯蚓肠道的作用，优化土壤性质，改善土壤质量。

3.2 土壤动物活动对矿区废弃地土壤化学性质的影响

由于自然条件下有机物的质量一般较低，土壤动物必须大量取食以补偿营养的不足，因此对植物残体转化为土壤有机质的贡献非常大。土壤动物对土壤有机质稳定性的调控可以根据三个方面进行评价：①对内在难降解（inherent recalcitrance）性质的影响；②对微生物易侵染性质的影响；③与稳定有机化合物的交互作用[8]。土壤动物的类群数与土壤有机质含量消长趋势完全一致，可见土壤动物是影响土壤有机质的重要因素[9]。戈峰等[10]依据 Butt等[11]提出的“蚯蚓繁殖盒”技术，进一步改进为“蚯蚓的接种—蚯蚓投放于尾砂上—富集有毒物质—改良土壤和去除有毒物质”的接种投放技术，旨在通过蚯蚓改善德兴铜矿废弃地土壤的理化性质，从而提高土壤质量。Frouz J等[12]人在Sokolov露天煤矿废弃地中关于大型土壤动物对于土壤生物区系和土壤形成的影响这一研究中发现，接入大型土壤动物并没有显著提高C矿化率（野外微型生态箱整体有机物质的损失），但增加有机物质进入矿物层的迁移率，这种效应似乎是在复垦地更为明显。矿物层中有机物积累导致更高的微生物呼吸作用和生物量，增加土壤持水能力，这表明，与凋落物分解和土壤混合有关的效应与腐生大型土壤动物有关。Topp等[13]以德国Rhine－land地区为例（该地区褐煤露天矿覆盖着黄土砂土堆积混合物），通过其中的土壤动物活动对土壤性质的影响研究表明：①矿区土壤动物群直接增强微生物活性而间接增加大量营养元素的有效性；②土壤动物通过增加值、增加铵态氮的含量以及减少铝离子含量来改善土壤质量；③多物种系统比单物种系统更有效地改善土壤性质，提高土壤质量。

有些动物有很强的富集金属的能力，可降低废弃地的土壤的毒性，改善土壤质量。戈峰等[10]研究了蚯蚓在铜矿废弃地生态恢复中的作用，研究表明蚯蚓对尾矿砂中铜元素富集作用很强，可达体重的0.12%；他们认为可以将蚯蚓接种投入尾矿废弃地，提取土壤中有害元素，进行土壤修复；在尾砂土和复垦土中投入一定数量的蚯蚓或蚓粪后，西红柿的茎长、根长和干重均高于对照，说明蚯蚓在矿区废弃土壤中的活动，可以降低和转化污染物，减少土壤毒性，改善土壤质量。

3.3 土壤动物活动对矿区废弃地土壤微生物的影响

土壤微生物参与多种反映，在土壤肥力演变，尤其是矿业废弃地的土壤的恢复具有重要意义[1]。土壤动物对土壤过程的影响主要通过与微生物的交互作用体现出来，土壤动物通过改善微生境 （排粪、作穴、搅动）、提高有机物的表面积（粉碎）、直接取食、携带传播微生物等方式影响土壤微生物群落的数量、活性、组成和功能。Scullin和Malik在刚刚恢复的露天采煤地上，接种蚯蚓9年后，表层土壤0～7.5cm的微生物量比对照土壤显著升高（p＜0.01），但微生物活性并没有显著变化；而7.5～15cm土壤微生物量和活性都下降了[14]。

4 展望

关于该研究领域侧重于基础研究，研究不深入。缺少大型试验样地及研究机构，没有充足的资金支持。研究范围集中，东北地区最多，其次是华北、华东、华南地区，如北京、山东、南京等地为首。西南地区寥寥无几，主要集中在新疆、四川等地，西北地区也有相应研究。研究时间短期较多，缺乏连续性，研究方法较单一，但是短时间难以找到更加有效的方法。矿区废弃地的生态恢复应该采用各种技术和方法，恢复生态系统合理的结构、高效的功能和协调的关系，通过对生态系统物理、化学、生物甚至社会文化要素的控制，使系统达到稳定和自我维持的状态，最终使其利用价值得到恢复，具有一定的生产力水平，并具有一定的美学价值，为人类服务。而且矿区废弃地的恢复可以有效地保护资源，保护环境，使生态系统健康发展，实现可持续发展。可见，尾矿区废弃地的生态恢复具有潜在的经济效益、社会效益和生态效益。

[1]阳承胜.矿业废弃地的土壤生物肥力[J].中山大学研究生学刊：自然科学版，1998，19（2）：1～7.

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[3]Šourková M，Frouz J，Fettweis U，et al.Soil development and properties of microbial biomass succession in reclaimed post mining sites near Sokolov（Czech Republic）and near Cottbus（Germany）[J].Geoderma，2005，129（1－2）：73～80.

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