了不起的地下工作者
——蚯蚓

張立功

（陜西西果聯農業發展有限公司 西安 710065）

說到有機栽培，我們首先想到的是土壤，這是根本。健康的土壤，要求無污染，通過提高土壤有機質含量，維持土壤肥力開始實施有機栽培。今天就談談神奇的蚯蚓和土壤的關系，我們從大名鼎鼎的達爾文說起！

圖1 查爾斯·達爾文

1881年，出版了《物種起源》的查爾斯·達爾文已經名聞天下了（圖1），在他的晚年時光里，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》一書中寫到：“我們很難找到其他的生靈像它們一樣，雖看似卑微，卻在世界歷史的進程中起到了如此重要的作用。”達爾文的最后一本書，鮮為人知且未受爭議。這本書寫的是蚯蚓如何將灰塵和腐爛的樹葉變成土壤，并于1882年，也就是達爾文去世的前一年出版。與達爾文一生的成就相比，他的最后一部著作似乎記錄了一項微不足道的觀察；或者，他其實發現了一個關乎我們這個世界存亡的重大事實——一個他認為在生命的最后時日必須傳遞給子孫后代的信息。這本關于蚯蚓的書，探討了我們腳下的土壤是如何經過蚯蚓的身體得以循環，以及蚯蚓是如何塑造了英國的鄉村景觀。

達爾文自家的田地讓他有機會探索蚯蚓在地質過程中所起到的重要作用。他發現，每隔一段時間就被拱到地表的物質，與幾年前被一層散落田間的灰渣所覆蓋的細土極其相似。由于那幾年田里既沒有養牲畜又沒有種糧食，這片田應該毫無變化。那之前散落田間的那層灰渣是怎么在他的眼前“下沉”的？

而唯一可能的解釋聽起來很荒謬：是蚯蚓年復一年地將小堆糞土翻到地表之上。難道蚯蚓真的一直在給他犁地嗎？出于好奇，達爾文開始探究是不是蚯蚓在慢慢地構建起一層新的土壤。

達爾文開始堅定地收集并稱量蚯蚓糞，以估測蚯蚓究竟翻動了多少英國鄉村的土壤。他的兒子則幫助他測算那些古代遺跡“下沉”的速度。達爾文最終得出結論：“全英國的菜地已經多次經過蚯蚓的腸道，并將繼續一遍遍地被蚯蚓吃進再排出。”從好奇蚯蚓是如何翻動自家田地，到證明蚯蚓不斷吃進并消化全英國的土壤，這的確是巨大的飛躍。到底是什么推動達爾文沿著這種異乎尋常的思路探究下去的呢？

出于好奇，達爾文挖了一條橫跨這片荒田的溝槽。他發現，那些曾經散布在地表層的石塊，如今已被兩英寸半的細土所覆蓋。這些石塊所經歷的過程，正如同幾十年前散落田地表層的那些煤渣。達爾文猜測，在無數蚯蚓的努力下，新的表層土壤正以每個世紀幾英寸的速度慢慢累積。

由于不確定這是否僅僅是發生在自家田地的特殊情況，達爾文開始考察調研，那些廢棄了數百年的建筑物的樓層和地基，究竟是以多快的速度被新土層掩埋的。在薩里郡，當地的工人在地下2.5英寸（6.35厘米）的深處發現了典型的羅馬式別墅的小紅瓦，來自公元2—4世紀的硬幣進一步證實，這座羅馬式別墅已經廢棄了一千年以上。堆積在該處遺跡的地板上的土層有6～7 英寸（15.24～17.78 厘米）厚，也就是說，新土層累積的速度大約是每個世紀 0.5～1英寸（1.27～2.54厘米）。由此可見，達爾文在自家田地里觀察到的現象并非特例。

對其他一系列古代遺跡的觀察，讓達爾文進一步堅信了蚯蚓在英國鄉村間“犁地”的事實。在亨利八世反正統天主教戰爭期間被摧毀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）的土層下；在格洛斯特郡，一棟隱藏于叢林的、與世隔絕幾個世紀的大型羅馬式別墅的遺跡被偶然發現，當時它的地板被 2～3英尺（60.96～91.44厘米）的土層覆蓋；什羅普郡的尤里康尼亞姆廢城的混凝土步道，在荒廢幾百年后，也被厚達一英尺的土層覆蓋。可是，真的是蚯蚓完成了這些巨大的工程嗎？

通過收集并稱重不同地區的蚯蚓糞便，達爾文發現蚯蚓每年可為每公頃土地帶來10～20噸的新土。也就是說，蚯蚓每年的活動可以在地表形成一層厚度約為1/10～1/4英寸（0.254～0.635厘米）的，平鋪其上的新土層。這足以解釋古羅馬遺跡被土層掩埋的現象，也與達爾文所推斷的，在被他的兒子們稱為石場的自家荒地上的新土壤的形成速度非常接近。通過觀察和整理自家的田地，挖掘古代建筑遺址，以及直接稱量蚯蚓的糞便。達爾文發現，蚯蚓的確在表土層的形成過程中起到了至關重要的作用。

但是，它們究竟是怎么辦到的呢？達爾文觀察到，蚯蚓將樹葉撕成小塊并部分地消化了它們，然后又將這些有機物質與之前攝取的細土混合了起來。他還注意到，蚯蚓除了能夠磨碎葉片，還能夠將小石塊分解為礦質土壤。達爾文在解剖蚯蚓時，總是在其消化系統中發現小石頭和沙粒。達爾文發現，蚯蚓的胃酸與土壤中的腐殖酸成分相匹配，并對比了蚯蚓的消化能力與植物根系緩慢分解最堅硬巖石的能力。達爾文發現：通過緩慢的翻土、分解、再加工，以及將巖石與有機物質混合的一系列過程，蚯蚓能夠制造新的土壤。

他接著發現，蚯蚓不僅“制造”土壤，還促成了土壤的移動。他不停徘徊在被雨水浸透的自家田地，并觀察到在雨水沖刷下，蚯蚓造就的這層土，即使沿著最平緩的坡度也能擴散開來。達爾文精心收集、稱量并比較了不同位置的蚯蚓洞穴中涌出的糞便量，發現下坡側的糞便量是上坡側的兩倍。被蚯蚓拱到地表的物質向下坡方向平均移動了5.08厘米（兩英寸）。僅僅通過挖洞，蚯蚓就使得土壤不斷向下坡方向緩慢移動。

達爾文計算出，在一片長約10碼（9.144米）的典型的坡地上，每年約有1磅（454克）重的土壤向下坡方向移動。據此，他得出進一步的結論：英國全境的表土層就如同一塊泥土的氈墊，通過這支看不見的蚯蚓大軍的挖掘與消化作用，在被草皮覆蓋的山坡上慢慢下移，蚯蚓毎年移動了英格蘭和蘇格蘭境內幾乎五億噸重的土壤。達爾文認為，蚯蚓是能夠在數百萬年的時間尺度上重塑土地的主要地質力量。

通過觀察蚯蚓，他發現了地球表面這層薄薄的土壤的動態特性。在他寫下的人生最后一章中，達爾文開啟了“土壤是地球表皮”的這一現代認知。達爾文認識到了蚯蚓在土壤制造過程中的重要作用，并將其視為大自然的園丁（圖2）。

圖2《腐殖土的形成和蚯蚓的作用》中文版《植物壤土和蚯蚓》

當我們注視著那青草覆蓋的廣闊田野，我們要把它那平整的美記在心底。這平整，是大地的繽紛美麗賴以存在的基礎；這平整，得益于蚯蚓慢慢將一切崎嶇化作平齊。對人類而言，這必是驚人的認知：眼前這般寬廣的地球表層泥土，從古至今，以數年一次的周期進出著蚯蚓的身體。對人類而言，犁具是我們最古老而珍貴的發明之一；我們更要感嘆，蚯蚓對土地的規律性耕犁的歷史，始于人類出現之前，并將繼續下去。

近年來對蘇格蘭東南部地區以及設德蘭群島土壤紋理的觀察，再次證實了達爾文的推斷。荒廢了幾個世紀的田野的表土層，幾乎全部由混雜了巖石顆粒的蚯蚓糞便組成圖（圖3）。正如達爾文猜測的那樣，蚯蚓僅需要幾個世紀就可以把表土層徹底“耕犁一遍”。

圖3 蚯蚓糞

達爾文對土壤作為一種介于巖石與生命之間的動態界面的認知，進一步引發了他對土壤層厚度與當地環境條件之間關系的思考。達爾文指出，厚的土壤層使得僅在地面之下幾英尺范圍內活動的蚯蚓不會去觸及更深處的巖石。同時達爾文注意到，蚯蚓排入土壤中的腐殖酸在滲進地下更深處之前就已經分解。

一旦有機物質使土壤變得肥沃，使其能夠支持更多植物的生長，便形成了一個自我強化的良性機制：更加肥沃的土壤能夠支持更多植物的生長。至此，植物群落得以在富含有機物質的表土層生長，并最終以有機物質的形式再次回歸土攘。更大更繁茂的植物能夠通過化為腐爛的有機物質，令土壤更加肥沃；繁茂的植物也能為更多的動物提供食物，這些動物死后也將營養物質歸還給土壤。

達爾文估算，英國每一英畝（6.07畝）優良土壤中差不多生活著400磅（181.6千克）重的蚯蚓，優良的表土層中還蘊含著能夠協助植物從有機質和礦質土壤中獲得養分的微生物。一捧土壤中的微生物數量可達數十億，而1磅（454克）肥沃泥土中的微生物數量則比地球上的全部人口還要多。然而從很多方面來看，我們生活的現實卻是依賴于這些生活在土壤中的數量龐大的微生物群，它們能夠加快營養物質的釋放，以及有機物質的分解。它們使土地適于植物生存，進而適于人類生存。

這些存在于人們的視線之外、棲于土壤之中的微生物，實際上是地球生物多樣性最為豐富的資源，植物通過提供由落葉層和腐爛的動植物變成的有機物質，為地下的微生物補充了能量；而微生物則通過加快巖石風化和有機物質分解,反過來促進了植物的營養吸收。這形成了某些特定的土棲微生物與特定的植物的共生現象。這意味著，特定植物群落的改變，將導致其下方的土壤生物群的轉變，進而影響土壤肥力以及植物的生長。

除了達爾文的蚯蚓之外，還有一系列物理和化學過程可以促進土壤的生成，穴居動物——比如地鼠、白蟻、螞蟻可將巖石碎屑混入土壤，植物根系將石頭撐開，折斷的樹木掀起巖石碎片并將它們混入土壤。

從達爾文開始，到后來越來越多的科學家們對蚯蚓種類進行了細致的研究，結果發現蚯蚓的存在能顯著地提升土壤的質量。一個體重不足30克的生物，身體結構已經高度適應了地下的生活。視力自然是用不上的，它需要的僅僅是基本的感光能力。肺部在狹小地下隧道里也是派不上用場的；它的表皮可以氣體交換，而細長的身體則是土壤顆粒的極佳載體，并融合了搬運和轉化土壤的能力。它的活動改變了土壤中各組分的比例，提升了土壤吸水與保水的能力，并同時豐富了土壤中的營養和微生物群落的多樣性。可以說，蚯蚓的活動讓土壤更加適合農業種植。它們與人類共同協作，從大地上攫取賴以謀生的資源。

在土壤生態網絡中，除蚯蚓外，土壤中還生活著大量的節肢動物：螨、螞蟻、蜘蛛、馬陸、蝎子、甲蟲、鼠婦和跳蟲等，還有肉眼不可見的線蟲、細菌、真菌、原生生物等等，它們是蚯蚓重要的食物來源和協作者。此外，蚯蚓還與土壤微生物群落之間有著錯綜復雜的關系。可以說，蚯蚓遠遠不是一個細小而脆弱的生靈，在土壤生態系統中，蚯蚓已經是里面最大的生物了。通過蚯蚓，一個未知的世界正在悄然向我們揭開它神秘的面紗。