高婷婷

（安徽師范大學(xué) 國(guó)土資源與旅游學(xué)院，安徽 蕪湖241003）

1 引言

土壤動(dòng)物是土壤中和落葉下生存著的各種動(dòng)物的總稱，土壤動(dòng)物作為生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)中的重要消費(fèi)者，在生態(tài)系統(tǒng)中起著重要的作用，一方面積極同化各種有用物質(zhì)以建造其自身，另一方面又將其排泄產(chǎn)物歸還到環(huán)境中不斷改造環(huán)境。土壤動(dòng)物對(duì)土壤的物質(zhì)轉(zhuǎn)化、土壤形成與熟化均起到重要作用。隨著生態(tài)科學(xué)研究的日趨深入，土壤動(dòng)物在生態(tài)系統(tǒng)中的作用愈加明顯。

土壤動(dòng)物對(duì)礦區(qū)廢棄地的恢復(fù)和重建起到至關(guān)重要的作用。雖然采礦區(qū)的土壤形成是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，但是土壤動(dòng)物數(shù)量多，綜合作用較強(qiáng)，受外界環(huán)境的制約較小，不同類群的土壤動(dòng)物在土壤中也會(huì)完成不同的任務(wù)，因此土壤動(dòng)物可以作為礦區(qū)廢棄地的先鋒動(dòng)物。土壤動(dòng)物的介入是礦區(qū)廢棄地生態(tài)恢復(fù)與重建的重要途徑。

由于采礦嚴(yán)重破壞了生態(tài)環(huán)境，土壤的結(jié)構(gòu)以及功能也造成嚴(yán)重破壞，并帶來(lái)系列的問(wèn)題，如生物多樣性減少等，因此礦區(qū)土壤的恢復(fù)迫在眉睫。

2 國(guó)內(nèi)外關(guān)于土壤動(dòng)物活動(dòng)對(duì)礦區(qū)廢棄地土壤質(zhì)量影響的研究

國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)礦區(qū)土壤動(dòng)物的研究較晚，礦區(qū)土壤微生物的研究早于土壤動(dòng)物，陽(yáng)承勝[1]較早對(duì)礦區(qū)土壤動(dòng)物進(jìn)行采樣調(diào)查。隨著礦區(qū)廢棄地的持續(xù)增加，國(guó)內(nèi)學(xué)者開(kāi)始重視對(duì)礦區(qū)土壤生物的研究，除了對(duì)礦區(qū)土壤生物的組成、群落功能、多樣性以及恢復(fù)重建研究后，還通過(guò)研究礦區(qū)植被與土壤動(dòng)物相互作用來(lái)對(duì)礦區(qū)環(huán)境進(jìn)行改善。但國(guó)內(nèi)這些研究集中在對(duì)礦區(qū)土壤動(dòng)物的基礎(chǔ)研究，以及對(duì)礦區(qū)環(huán)境的響應(yīng)上，對(duì)礦區(qū)廢棄地土壤動(dòng)物遷居研究甚少。

國(guó)外學(xué)者對(duì)礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)土壤動(dòng)物關(guān)注較早，尤其是一些發(fā)達(dá)國(guó)家學(xué)者對(duì)礦區(qū)土壤生物進(jìn)行了很多研究。如Wolfram Dunger等[2]較早對(duì)德國(guó)東部褐煤區(qū)覆土造林進(jìn)行了長(zhǎng)期研究（從1961年開(kāi)始），在1996～1999年做了一個(gè)包含微型土壤動(dòng)物、中型土壤動(dòng)物和大型土壤動(dòng)物新的調(diào)查，其中關(guān)于最早發(fā)育期的有殼變形蟲(chóng)、線蟲(chóng)、正蚓科、盲蛛、甲螨、蜈蚣、千足蟲(chóng)、螞蟻、步行蟲(chóng)和隱翅蟲(chóng)。如 M.?ourková[3]等對(duì)德國(guó)科特布斯附近和捷克索科洛夫附近褐煤礦區(qū)土壤微生物演替進(jìn)行了研究，認(rèn)為土壤微生物活動(dòng)對(duì)礦區(qū)景觀生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)起著重要作用。Háněl L[4]針對(duì)德國(guó)科特布斯附近勞濟(jì)次褐煤區(qū)，通過(guò)研究線蟲(chóng)從煤礦地最初種植的幼苗樟子松到具有30年樹(shù)齡的松樹(shù)人工林的演替，并與具有40年樹(shù)齡的半野生松林下的土壤線蟲(chóng)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在半野生自然松林下的線蟲(chóng)種類最多。Frouz J等[5]對(duì)美國(guó)采礦廢棄地沿氣候梯度下土壤動(dòng)植物進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)矮草草原（懷俄明州）煤礦廢棄地土壤群落具有豐富的食根線蟲(chóng)，其恢復(fù)快于其他含有豐富腐食性土壤生物的煤礦廢棄地，可能有助于形成更快的恢復(fù)群落。

3 土壤動(dòng)物活動(dòng)對(duì)礦區(qū)廢棄地土壤質(zhì)量的影響

3.1 土壤動(dòng)物活動(dòng)對(duì)礦區(qū)廢棄地土壤物理性質(zhì)的影響

礦區(qū)廢棄地土壤的恢復(fù)在于土壤質(zhì)量，土壤質(zhì)量取決于土壤的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、生物性質(zhì)。土壤結(jié)構(gòu)是決定土壤質(zhì)量的基本要素之一。大型土壤動(dòng)物可以創(chuàng)造三種土壤結(jié)構(gòu)：排泄在土表和土內(nèi)的糞便，用來(lái)居住的洞穴，在土內(nèi)活動(dòng)留下的孔道[6]。就拿蚯蚓來(lái)講，污染區(qū)土壤通常具有惡劣的物理性質(zhì)，而蚯蚓是改善土壤物理結(jié)構(gòu)、改善土壤通氣性和透水性、增強(qiáng)土壤肥力的能手[7]。在許多土壤中，蚯蚓是動(dòng)物群的重要組成部分。作為食碎屑者，它們負(fù)責(zé)死有機(jī)物質(zhì)的分解和循環(huán)。這將在土壤表層直接摻入（如樹(shù)葉或糞便生產(chǎn)）到沉積物中，從而有助于碎屑的埋葬。通過(guò)土棲型（endogeic）的 物 種 （如 Aporrectodea caliginosa 和Allolobophora chlorotica）的挖穴活動(dòng)，土壤充分混合，導(dǎo)致礦物成分和有機(jī)碎片混為一體。蚓糞的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)是獨(dú)特的，由于比周?chē)寥篮懈S富的微生物和營(yíng)養(yǎng)物，是促進(jìn)植物生長(zhǎng)的理想基質(zhì)。通過(guò)蚯蚓腸道的作用，優(yōu)化土壤性質(zhì)，改善土壤質(zhì)量。

3.2 土壤動(dòng)物活動(dòng)對(duì)礦區(qū)廢棄地土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

由于自然條件下有機(jī)物的質(zhì)量一般較低，土壤動(dòng)物必須大量取食以補(bǔ)償營(yíng)養(yǎng)的不足，因此對(duì)植物殘?bào)w轉(zhuǎn)化為土壤有機(jī)質(zhì)的貢獻(xiàn)非常大。土壤動(dòng)物對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定性的調(diào)控可以根據(jù)三個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)：①對(duì)內(nèi)在難降解（inherent recalcitrance）性質(zhì)的影響；②對(duì)微生物易侵染性質(zhì)的影響；③與穩(wěn)定有機(jī)化合物的交互作用[8]。土壤動(dòng)物的類群數(shù)與土壤有機(jī)質(zhì)含量消長(zhǎng)趨勢(shì)完全一致，可見(jiàn)土壤動(dòng)物是影響土壤有機(jī)質(zhì)的重要因素[9]。戈峰等[10]依據(jù) Butt等[11]提出的“蚯蚓繁殖盒”技術(shù)，進(jìn)一步改進(jìn)為“蚯蚓的接種—蚯蚓投放于尾砂上—富集有毒物質(zhì)—改良土壤和去除有毒物質(zhì)”的接種投放技術(shù)，旨在通過(guò)蚯蚓改善德興銅礦廢棄地土壤的理化性質(zhì)，從而提高土壤質(zhì)量。Frouz J等[12]人在Sokolov露天煤礦廢棄地中關(guān)于大型土壤動(dòng)物對(duì)于土壤生物區(qū)系和土壤形成的影響這一研究中發(fā)現(xiàn)，接入大型土壤動(dòng)物并沒(méi)有顯著提高C礦化率（野外微型生態(tài)箱整體有機(jī)物質(zhì)的損失），但增加有機(jī)物質(zhì)進(jìn)入礦物層的遷移率，這種效應(yīng)似乎是在復(fù)墾地更為明顯。礦物層中有機(jī)物積累導(dǎo)致更高的微生物呼吸作用和生物量，增加土壤持水能力，這表明，與凋落物分解和土壤混合有關(guān)的效應(yīng)與腐生大型土壤動(dòng)物有關(guān)。Topp等[13]以德國(guó)Rhine－land地區(qū)為例（該地區(qū)褐煤露天礦覆蓋著黃土砂土堆積混合物），通過(guò)其中的土壤動(dòng)物活動(dòng)對(duì)土壤性質(zhì)的影響研究表明：①礦區(qū)土壤動(dòng)物群直接增強(qiáng)微生物活性而間接增加大量營(yíng)養(yǎng)元素的有效性；②土壤動(dòng)物通過(guò)增加值、增加銨態(tài)氮的含量以及減少鋁離子含量來(lái)改善土壤質(zhì)量；③多物種系統(tǒng)比單物種系統(tǒng)更有效地改善土壤性質(zhì)，提高土壤質(zhì)量。

有些動(dòng)物有很強(qiáng)的富集金屬的能力，可降低廢棄地的土壤的毒性，改善土壤質(zhì)量。戈峰等[10]研究了蚯蚓在銅礦廢棄地生態(tài)恢復(fù)中的作用，研究表明蚯蚓對(duì)尾礦砂中銅元素富集作用很強(qiáng)，可達(dá)體重的0.12%；他們認(rèn)為可以將蚯蚓接種投入尾礦廢棄地，提取土壤中有害元素，進(jìn)行土壤修復(fù)；在尾砂土和復(fù)墾土中投入一定數(shù)量的蚯蚓或蚓糞后，西紅柿的莖長(zhǎng)、根長(zhǎng)和干重均高于對(duì)照，說(shuō)明蚯蚓在礦區(qū)廢棄土壤中的活動(dòng)，可以降低和轉(zhuǎn)化污染物，減少土壤毒性，改善土壤質(zhì)量。

3.3 土壤動(dòng)物活動(dòng)對(duì)礦區(qū)廢棄地土壤微生物的影響

土壤微生物參與多種反映，在土壤肥力演變，尤其是礦業(yè)廢棄地的土壤的恢復(fù)具有重要意義[1]。土壤動(dòng)物對(duì)土壤過(guò)程的影響主要通過(guò)與微生物的交互作用體現(xiàn)出來(lái)，土壤動(dòng)物通過(guò)改善微生境 （排糞、作穴、攪動(dòng)）、提高有機(jī)物的表面積（粉碎）、直接取食、攜帶傳播微生物等方式影響土壤微生物群落的數(shù)量、活性、組成和功能。Scullin和Malik在剛剛恢復(fù)的露天采煤地上，接種蚯蚓9年后，表層土壤0～7.5cm的微生物量比對(duì)照土壤顯著升高（p＜0.01），但微生物活性并沒(méi)有顯著變化；而7.5～15cm土壤微生物量和活性都下降了[14]。

4 展望

關(guān)于該研究領(lǐng)域側(cè)重于基礎(chǔ)研究，研究不深入。缺少大型試驗(yàn)樣地及研究機(jī)構(gòu)，沒(méi)有充足的資金支持。研究范圍集中，東北地區(qū)最多，其次是華北、華東、華南地區(qū)，如北京、山東、南京等地為首。西南地區(qū)寥寥無(wú)幾，主要集中在新疆、四川等地，西北地區(qū)也有相應(yīng)研究。研究時(shí)間短期較多，缺乏連續(xù)性，研究方法較單一，但是短時(shí)間難以找到更加有效的方法。礦區(qū)廢棄地的生態(tài)恢復(fù)應(yīng)該采用各種技術(shù)和方法，恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)合理的結(jié)構(gòu)、高效的功能和協(xié)調(diào)的關(guān)系，通過(guò)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)物理、化學(xué)、生物甚至社會(huì)文化要素的控制，使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定和自我維持的狀態(tài)，最終使其利用價(jià)值得到恢復(fù)，具有一定的生產(chǎn)力水平，并具有一定的美學(xué)價(jià)值，為人類服務(wù)。而且礦區(qū)廢棄地的恢復(fù)可以有效地保護(hù)資源，保護(hù)環(huán)境，使生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展?？梢?jiàn)，尾礦區(qū)廢棄地的生態(tài)恢復(fù)具有潛在的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益。

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