了不起的地下工作者——蚯蚓

张立功

（陕西西果联农业发展有限公司 西安 710065）

说到有机栽培，我们首先想到的是土壤，这是根本。健康的土壤，要求无污染，通过提高土壤有机质含量，维持土壤肥力开始实施有机栽培。今天就谈谈神奇的蚯蚓和土壤的关系，我们从大名鼎鼎的达尔文说起！

图1 查尔斯·达尔文

1881年，出版了《物种起源》的查尔斯·达尔文已经名闻天下了（图1），在他的晚年时光里，目光投向了毫不起眼的蚯蚓。他在《腐殖土的形成和蚯蚓的作用》一书中写到：“我们很难找到其他的生灵像它们一样，虽看似卑微，却在世界历史的进程中起到了如此重要的作用。”达尔文的最后一本书，鲜为人知且未受争议。这本书写的是蚯蚓如何将灰尘和腐烂的树叶变成土壤，并于1882年，也就是达尔文去世的前一年出版。与达尔文一生的成就相比，他的最后一部著作似乎记录了一项微不足道的观察；或者，他其实发现了一个关乎我们这个世界存亡的重大事实——一个他认为在生命的最后时日必须传递给子孙后代的信息。这本关于蚯蚓的书，探讨了我们脚下的土壤是如何经过蚯蚓的身体得以循环，以及蚯蚓是如何塑造了英国的乡村景观。

达尔文自家的田地让他有机会探索蚯蚓在地质过程中所起到的重要作用。他发现，每隔一段时间就被拱到地表的物质，与几年前被一层散落田间的灰渣所覆盖的细土极其相似。由于那几年田里既没有养牲畜又没有种粮食，这片田应该毫无变化。那之前散落田间的那层灰渣是怎么在他的眼前“下沉”的？

而唯一可能的解释听起来很荒谬：是蚯蚓年复一年地将小堆粪土翻到地表之上。难道蚯蚓真的一直在给他犁地吗？出于好奇，达尔文开始探究是不是蚯蚓在慢慢地构建起一层新的土壤。

达尔文开始坚定地收集并称量蚯蚓粪，以估测蚯蚓究竟翻动了多少英国乡村的土壤。他的儿子则帮助他测算那些古代遗迹“下沉”的速度。达尔文最终得出结论：“全英国的菜地已经多次经过蚯蚓的肠道，并将继续一遍遍地被蚯蚓吃进再排出。”从好奇蚯蚓是如何翻动自家田地，到证明蚯蚓不断吃进并消化全英国的土壤，这的确是巨大的飞跃。到底是什么推动达尔文沿着这种异乎寻常的思路探究下去的呢？

出于好奇，达尔文挖了一条横跨这片荒田的沟槽。他发现，那些曾经散布在地表层的石块，如今已被两英寸半的细土所覆盖。这些石块所经历的过程，正如同几十年前散落田地表层的那些煤渣。达尔文猜测，在无数蚯蚓的努力下，新的表层土壤正以每个世纪几英寸的速度慢慢累积。

由于不确定这是否仅仅是发生在自家田地的特殊情况，达尔文开始考察调研，那些废弃了数百年的建筑物的楼层和地基，究竟是以多快的速度被新土层掩埋的。在萨里郡，当地的工人在地下2.5英寸（6.35厘米）的深处发现了典型的罗马式别墅的小红瓦，来自公元2—4世纪的硬币进一步证实，这座罗马式别墅已经废弃了一千年以上。堆积在该处遗迹的地板上的土层有6～7 英寸（15.24～17.78 厘米）厚，也就是说，新土层累积的速度大约是每个世纪 0.5～1英寸（1.27～2.54厘米）。由此可见，达尔文在自家田地里观察到的现象并非特例。

对其他一系列古代遗迹的观察，让达尔文进一步坚信了蚯蚓在英国乡村间“犁地”的事实。在亨利八世反正统天主教战争期间被摧毁的博利厄修道院中殿的步道，被埋在6～12英寸（15.24～30.48厘米）的土层下；在格洛斯特郡，一栋隐藏于丛林的、与世隔绝几个世纪的大型罗马式别墅的遗迹被偶然发现，当时它的地板被 2～3英尺（60.96～91.44厘米）的土层覆盖；什罗普郡的尤里康尼亚姆废城的混凝土步道，在荒废几百年后，也被厚达一英尺的土层覆盖。可是，真的是蚯蚓完成了这些巨大的工程吗？

通过收集并称重不同地区的蚯蚓粪便，达尔文发现蚯蚓每年可为每公顷土地带来10～20吨的新土。也就是说，蚯蚓每年的活动可以在地表形成一层厚度约为1/10～1/4英寸（0.254～0.635厘米）的，平铺其上的新土层。这足以解释古罗马遗迹被土层掩埋的现象，也与达尔文所推断的，在被他的儿子们称为石场的自家荒地上的新土壤的形成速度非常接近。通过观察和整理自家的田地，挖掘古代建筑遗址，以及直接称量蚯蚓的粪便。达尔文发现，蚯蚓的确在表土层的形成过程中起到了至关重要的作用。

但是，它们究竟是怎么办到的呢？达尔文观察到，蚯蚓将树叶撕成小块并部分地消化了它们，然后又将这些有机物质与之前摄取的细土混合了起来。他还注意到，蚯蚓除了能够磨碎叶片，还能够将小石块分解为矿质土壤。达尔文在解剖蚯蚓时，总是在其消化系统中发现小石头和沙粒。达尔文发现，蚯蚓的胃酸与土壤中的腐殖酸成分相匹配，并对比了蚯蚓的消化能力与植物根系缓慢分解最坚硬岩石的能力。达尔文发现：通过缓慢的翻土、分解、再加工，以及将岩石与有机物质混合的一系列过程，蚯蚓能够制造新的土壤。

他接着发现，蚯蚓不仅“制造”土壤，还促成了土壤的移动。他不停徘徊在被雨水浸透的自家田地，并观察到在雨水冲刷下，蚯蚓造就的这层土，即使沿着最平缓的坡度也能扩散开来。达尔文精心收集、称量并比较了不同位置的蚯蚓洞穴中涌出的粪便量，发现下坡侧的粪便量是上坡侧的两倍。被蚯蚓拱到地表的物质向下坡方向平均移动了5.08厘米（两英寸）。仅仅通过挖洞，蚯蚓就使得土壤不断向下坡方向缓慢移动。

达尔文计算出，在一片长约10码（9.144米）的典型的坡地上，每年约有1磅（454克）重的土壤向下坡方向移动。据此，他得出进一步的结论：英国全境的表土层就如同一块泥土的毡垫，通过这支看不见的蚯蚓大军的挖掘与消化作用，在被草皮覆盖的山坡上慢慢下移，蚯蚓毎年移动了英格兰和苏格兰境内几乎五亿吨重的土壤。达尔文认为，蚯蚓是能够在数百万年的时间尺度上重塑土地的主要地质力量。

通过观察蚯蚓，他发现了地球表面这层薄薄的土壤的动态特性。在他写下的人生最后一章中，达尔文开启了“土壤是地球表皮”的这一现代认知。达尔文认识到了蚯蚓在土壤制造过程中的重要作用，并将其视为大自然的园丁（图2）。

图2《腐殖土的形成和蚯蚓的作用》中文版《植物壤土和蚯蚓》

当我们注视着那青草覆盖的广阔田野，我们要把它那平整的美记在心底。这平整，是大地的缤纷美丽赖以存在的基础；这平整，得益于蚯蚓慢慢将一切崎岖化作平齐。对人类而言，这必是惊人的认知：眼前这般宽广的地球表层泥土，从古至今，以数年一次的周期进出着蚯蚓的身体。对人类而言，犁具是我们最古老而珍贵的发明之一；我们更要感叹，蚯蚓对土地的规律性耕犁的历史，始于人类出现之前，并将继续下去。

近年来对苏格兰东南部地区以及设德兰群岛土壤纹理的观察，再次证实了达尔文的推断。荒废了几个世纪的田野的表土层，几乎全部由混杂了岩石颗粒的蚯蚓粪便组成图（图3）。正如达尔文猜测的那样，蚯蚓仅需要几个世纪就可以把表土层彻底“耕犁一遍”。

图3 蚯蚓粪

达尔文对土壤作为一种介于岩石与生命之间的动态界面的认知，进一步引发了他对土壤层厚度与当地环境条件之间关系的思考。达尔文指出，厚的土壤层使得仅在地面之下几英尺范围内活动的蚯蚓不会去触及更深处的岩石。同时达尔文注意到，蚯蚓排入土壤中的腐殖酸在渗进地下更深处之前就已经分解。

一旦有机物质使土壤变得肥沃，使其能够支持更多植物的生长，便形成了一个自我强化的良性机制：更加肥沃的土壤能够支持更多植物的生长。至此，植物群落得以在富含有机物质的表土层生长，并最终以有机物质的形式再次回归土攘。更大更繁茂的植物能够通过化为腐烂的有机物质，令土壤更加肥沃；繁茂的植物也能为更多的动物提供食物，这些动物死后也将营养物质归还给土壤。

达尔文估算，英国每一英亩（6.07亩）优良土壤中差不多生活着400磅（181.6千克）重的蚯蚓，优良的表土层中还蕴含着能够协助植物从有机质和矿质土壤中获得养分的微生物。一捧土壤中的微生物数量可达数十亿，而1磅（454克）肥沃泥土中的微生物数量则比地球上的全部人口还要多。然而从很多方面来看，我们生活的现实却是依赖于这些生活在土壤中的数量庞大的微生物群，它们能够加快营养物质的释放，以及有机物质的分解。它们使土地适于植物生存，进而适于人类生存。

这些存在于人们的视线之外、栖于土壤之中的微生物，实际上是地球生物多样性最为丰富的资源，植物通过提供由落叶层和腐烂的动植物变成的有机物质，为地下的微生物补充了能量；而微生物则通过加快岩石风化和有机物质分解,反过来促进了植物的营养吸收。这形成了某些特定的土栖微生物与特定的植物的共生现象。这意味着，特定植物群落的改变，将导致其下方的土壤生物群的转变，进而影响土壤肥力以及植物的生长。

除了达尔文的蚯蚓之外，还有一系列物理和化学过程可以促进土壤的生成，穴居动物——比如地鼠、白蚁、蚂蚁可将岩石碎屑混入土壤，植物根系将石头撑开，折断的树木掀起岩石碎片并将它们混入土壤。

从达尔文开始，到后来越来越多的科学家们对蚯蚓种类进行了细致的研究，结果发现蚯蚓的存在能显著地提升土壤的质量。一个体重不足30克的生物，身体结构已经高度适应了地下的生活。视力自然是用不上的，它需要的仅仅是基本的感光能力。肺部在狭小地下隧道里也是派不上用场的；它的表皮可以气体交换，而细长的身体则是土壤颗粒的极佳载体，并融合了搬运和转化土壤的能力。它的活动改变了土壤中各组分的比例，提升了土壤吸水与保水的能力，并同时丰富了土壤中的营养和微生物群落的多样性。可以说，蚯蚓的活动让土壤更加适合农业种植。它们与人类共同协作，从大地上攫取赖以谋生的资源。

在土壤生态网络中，除蚯蚓外，土壤中还生活着大量的节肢动物：螨、蚂蚁、蜘蛛、马陆、蝎子、甲虫、鼠妇和跳虫等，还有肉眼不可见的线虫、细菌、真菌、原生生物等等，它们是蚯蚓重要的食物来源和协作者。此外，蚯蚓还与土壤微生物群落之间有着错综复杂的关系。可以说，蚯蚓远远不是一个细小而脆弱的生灵，在土壤生态系统中，蚯蚓已经是里面最大的生物了。通过蚯蚓，一个未知的世界正在悄然向我们揭开它神秘的面纱。