土壤動物作為土壤健康評價指標研究進展

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境的生態過程，而且對土壤物理性質、化學性質和生物性質變化的響應迅速，適于作為土壤健康評價指標。概述了土壤動物與土壤健康之間的關系，總結了現在用于反映土壤健康的土壤動物類群與指標，并論述了土壤動物在農田、森林和草地等生態系統土壤健康評價中的應用，以期為保護土壤生物多樣性，營造和維護健康的土壤環境提供參考。

關鍵詞：土壤動物；土壤健康；評價指標

中圖分類號：S154.5 文獻標識碼：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。它承擔著物質生產、碳固存、水分保持與調節、污染物過濾與凈化、生物多樣性支持及其他生態系統服務功能[1]。土壤質量高低深刻影響著動植物和人類，甚至生態系統的平衡與穩定[2]。氣候變化、不合理的土地利用及環境污染等因素導致一些地區的土壤質量下降，影響糧食安全和農業可持續發展[3]。近些年土壤健康評價作為評估土壤可持續發展潛力的重要研究手段，越來越受到關注[4]。

土壤健康是對土壤質量研究不斷深化的產物，側重于土壤性狀發生改變的動態特征[5]。以往土壤健康評價體系多基于靜態的土壤物理和化學特性指標，而關于過程的動態監測指標較少[6]。相比土壤理化特性，土壤生物和生化特性對環境變化反應更為敏感，并且許多與土壤理化特性相關的土壤過程多由土壤生物介導而發生[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境有關的生態過程，而且其種類組成和個體數量受土壤物理、化學及微生物特性影響明顯，是土壤環境變化的良好指示性生物，適于作為動態指標評價土壤健康狀況[8-9]。本文闡述了土壤動物與土壤健康的關系，以及反映土壤健康的常用指標，并以農田、草地和森林等生態系統為例，分析其在土壤健康評價中的應用，以期為營造和維護健康的土壤環境提供參考。

1 土壤健康的含義

DORAN J W等[10]于2000 年提出，土壤健康指在生態系統和土地利用邊界內，土壤能維持生物生產力、保持環境質量以及促進動植物和人類健康的能力。2016 年我國《耕地質量等級》（GB/T 33469—2016）引入了土壤健康狀況，它被定義為“土壤作為一個動態生命系統具有的維持其功能的持續能力，用清潔程度、生物多樣性表示”[11]，強調土壤健康是土壤持續提供生態系統服務功能而不發生土壤退化及其他生態環境問題。可見，土壤健康已不再限于其生產性，而是與生態環境聯系起來，被融入更多的生態屬性。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，體現于生物種類的豐富度、代謝的活躍性、土壤食物網結構的復雜性等[12-13]。土壤生物指標的開發、應用和監測被認為是21 世紀土壤健康評價框架中最具變革性的環節[14]。

2 土壤動物與土壤健康的關系

土壤動物與土壤健康息息相關，不僅其種類豐富、數量繁多，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、凈化土壤環境、維持生態系統養分循環和能量流動等方面具有重要的貢獻[12，15]。COLE L等[16]研究顯示，土壤養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構，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境有很強的依賴性和敏感性，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生相應的變化。土壤動物成為土壤健康良好的指示性生物[3]。

3 土壤健康評價中的土壤動物指標

鑒于土壤動物與土壤環境的關系，LINDEN D R等[18]在1994 年對土壤動物作為評價土壤質量指標的潛力進行了探究，認為土壤質量評估指標應包括土壤動物。YAN S K等[19]認為土壤動物群落特征與土壤質量密切相關，土壤動物群落指數可表征土壤環境狀況。目前，在土壤健康評價中使用頻率較高的土壤動物類群有土壤線蟲、節肢動物（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]。線蟲不僅數量多、種類豐，而且功能多樣，生態適應性強，在各類土壤中均有生存，能對土壤環境變化迅速作出響應[9，21]。因此，土壤線蟲作為指示性生物評價土壤健康的研究不斷深入。20 世紀90 年代之前，研究者多利用土壤線蟲群落多樣性指數，如豐富度、均勻度、多度、優勢度及香農-威納指數等分析土壤環境[22]。20世紀90年代之后，隨著表征線蟲生活史特征和營養類型指數的提出，開始逐步通過衡量土壤微食物網結構和功能評價土壤環境。1990年BONGERS T[23]依據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以表征土壤生態系統受擾動程度。隨后，YEATES G W等[24]依據取食差異將土壤線蟲劃分為食細菌性、食真菌性、捕食性、植食性和雜食性5 個營養類群，奠定了土壤微食物網研究的基礎。2001 年FERRIS H等[25]在線蟲營養類群劃分的基礎上進一步提出了能夠揭示土壤微食物網結構、養分富集狀況和分解路徑的富集指數、結構指數和通路指數。2010 年FERRIS H[26]又提出了線蟲功能代謝足跡，以指示土壤生態系統碳代謝過程。這些指標的提出與應用可有效地從土壤生物的角度衡量土壤健康狀況。

3.2 土壤節肢動物

土壤節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，對土壤環境變化響應迅速，土壤節肢動物作為指示土壤健康的重要指標而受到關注。但正是由于這類生物群種類繁多，精準進行形態分類存在困難，所以不易直接量化其多樣性作為評價指標。MENTA C等[27-28]基于“在高質量土壤中（高有機質含量、輕污染、低緊實），形態上適應土壤環境的節肢動物類群數量會更多”的概念提出了QBS-ar 指數。通過對樣本中土壤節肢動物的生態形態評分（EMI）并求和得到QBS-ar 數值。土壤條件越好，QBS-ar值越高。YAN S K等[19]依據豐富度提出了FAI 指數，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現土壤功能的能力，監測土壤健康。此外，螨類和跳蟲在土壤節肢動物中占比較高，常用兩者的豐度比值反映中型土壤動物群落結構的穩定性，以衡量土壤健康狀況[29]。

3.3 蚯蚓

蚯蚓屬環節動物門寡毛綱，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，不僅可加速有機物質的分解與轉化，還可以促進土壤結構的形成，改善土壤的通透性，被譽為“生態系統的工程師”[30]。由于蚯蚓多生活在濕潤的土壤中，表皮角質層較薄且其上分布多個腺孔與外界相通，對土壤環境變化，特別是土壤污染反應非常敏感。一旦外界環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量生物監測指標（QBS-e）[32]。該指標降低了對專業分類知識的要求，簡化了評價過程，增強了適用性。

3.4 土壤健康評價體系

通過篩選一些與土壤性狀相關的指標來構建土壤健康評價體系，用以評估和分析土壤健康狀況。隨著土壤健康評價工作的不斷深入，土壤動物指標也逐步被納入評價體系中，這不僅豐富了評價指標而且提升了評價質量。現有國內外主要的土壤健康評價體系有新西蘭SINDI 土壤健康評價方法、康奈爾土壤健康評價體系（CASH）、德國M俟ncheberg評價體系（M-SQR）、我國耕地質量評價標準、基于土壤功能的Soil Navigator農田管理決策系統[1，33-34（] 表 1）。

4 土壤動物指標在不同生態系統土壤健康評價中的應用

4.1 農田生態系統

土壤是農業發展的先決條件，而土壤生物是土壤健康的關鍵因素[35]。農藥和化肥的使用、耕作模式及種植方法等都會對農田土壤健康產生影響[36]。土壤動物作為指示者常被用于指示這些擾動情況。耕作方式轉變引起土壤理化環境的變化可在土壤動物群落上體現。由傳統耕作轉為保護性耕作，提高了農田土壤動物個體密度，改善了群落結構，增強了農田生態系統的服務功能。據統計，東北黑土農田實施保護性耕作后，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，而食細菌性和捕食性線蟲比例增加，并通過下行效應/ 捕食效應有效提升土壤食物網對有機碳固持的生態功能[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對長期施肥引起的土壤有機質和全氮變化具有很好的預測能力。農藥施用對土壤動物具有明顯的副作用，如施用有機磷農藥降低了土壤動物數量及其多樣性，對蚯蚓有很強的致死效應[40]。

4.2 草地生態系統

與耕地相比，草地土壤健康更多強調其生態系統服務功能，即“土壤維持其支持、調節、供給和文化服務均衡發展的能力”[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的兩個重要方面，由衡量土壤物理、化學特性和生物特性的指標體系進行評價，其中生物指標隨研究的深入在土壤酶、土壤微生物的基礎上增添了蚯蚓豐度和土壤動物多樣性指標[42]。相比物理和化學指標，評價中生物指標的使用較少。近些年有關放牧、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]研究發現，不同土壤動物類群對放牧強度的響應不同，建議評價放牧對草地生態系統影響時需選取合適的土壤動物類群。姜路帆等[44]的研究發現，線蟲對降水變化具有重要的指示作用。

4.3 森林生態系統

森林土壤健康是指林地土壤促進森林植被生產和維護森林生態系統功能的能力[46]。通過選取適宜的評價指標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[47]。評價體系同樣包含物理指標、化學指標和生物指標。土壤敏感性動物被列入生物指標中，但在具體評價中應用的土壤動物指標也較少[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量無明顯影響[50]。圍封育林后，降低了人為干擾，促進了林下植被更新，提高了土壤動物多樣性[51]。由此可見，森林土壤動物對環境變化反應的敏感性，應將土壤動物學研究與森林土壤健康的研究結合起來用于森林土壤健康評價。

5 展望

目前，土壤動物指標在土壤健康評價中的應用有所發展，由于對物種認識水平的局限，與土壤動物有關的土壤健康評價體系有待完善。此外，除了農田、草地、森林生態系統外，其他生態系統還需要加強基于土壤動物的土壤健康評價研究。未來研究需關注以下幾個方面：

（1）鑒于土壤動物多樣性是土壤健康重要的評價指標之一，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）進一步挖掘基于土壤動物功能性狀的土壤健康評價指標，并構建精細且全面的評價體系，確保土壤健康評價的準確性與科學性。

（3）擴展土壤動物指標在濕地、荒漠、極地等生態系統的土壤健康評價中的應用，以促進各類生態系統的土壤環境達到健康、穩定的狀態。

參考文獻：

[1] 任鳳玲，王謙. 我國土壤健康研究現狀與展望[J]. 環境

工程技術學報，2024，14（5）：1403-1411.

[2] 朱永官，李剛，張甘霖，等. 土壤安全：從地球關鍵帶到

生態系統服務[J]. 地理學報，2015，70（12）：1859-1869.

[3] 張俊伶，張江周，申建波，等. 土壤健康與農業綠色發展：

機遇與對策[J]. 土壤學報，2020，57（4）：783-796.

[4] 張江周，李奕贊，李穎，等. 土壤健康指標體系與評價方

法研究進展[J]. 土壤學報，2022，59（3）：603-616.

[5] 王懷嵩，張濤．農業土壤健康評價體系研究進展[J]. 生

態與農村環境學報，2022，38（9）：1093-1100.

[6] 張江周，王光州，李奕贊，等. 農田土壤健康評價體系構

建的若干思考[J]. 土壤學報，2024，61（4）：879-891.

[7] NORTCLIFF S. Standardisation of soil quality attributes[

J]. Agriculture， Ecosystems amp; Environment， 2002，

88（2）： 161-168.

[8] 梁文舉，董元華，李英濱，等. 土壤健康的生物學表征與

調控[J]. 應用生態學報，2021，32（2）：719-728.

[9] 孫新，李琪，姚海鳳，等. 土壤動物與土壤健康[J]. 土壤

學報，2021，58（5）：1073-1083.

[10] DORAN J W， ZEISS M R. Soil health and sustainability：

Managing the biotic component of soil quality

[J]. Applied Soil Ecology， 2000， 15（1）： 3-11.

[11] 全國土壤質量標準化技術委員會. 耕地質量等級：

GB/T 33469—2016[S]. 北京：中國標準出版社，2016.

[12] 張衛信，申智鋒，宋博，等. 土壤食物網調控及其生態

功能研究的困境與思考[J]. 科技導報，2022，40（3）：

52-63.

[13] 吳克寧，楊淇鈞，趙瑞. 耕地土壤健康及其評價探討[J].

土壤學報，2021，58（3）：537-544.

[14] BONILLA-BEDOYA S， VALENCIA K， HERRERA

M 魣， et al. Mapping 50 years of contribution to

the development of soil quality biological indicators

[J]. Ecological Indicators， 2023， 148（Suppl C）： 110091.

[15] 邵元虎，張衛信，劉勝杰，等. 土壤動物多樣性及其生

態功能[J]. 生態學報，2015，35（20）：6614-6625．

[16] COLE L， DROMPH K M， BOAGLIO V， et al. Effect

of density and species richness of soil mesofauna on

nutrient mineralization and plant growth[J]. Biology and

Fertilizer of Soils， 2004， 39（5）： 337-343.

[17] BRUSSAARD L. On the mechanisms of interactions

between earthworms and plants[J]. Pedobiologia， 1999，

43（6）： 880-885.

[18] LINDEN D R， HENDRIX P F， COLEMAN D C，

et al. Faunal indicators of soil quality[M]. Madison： Soil

Science Society of American， 1994： 91-106.

[19] YAN S K， SINGH A N， FU S L， et al. A soil fauna

index for assessing soil quality[J]. Soil Biology and

Biochemistry， 2012， 47： 158-165.

[20] YEATES G W， BONGERS T. Nematode diversity in agroecosystems[

J]. Agriculture， Ecosystems amp; Environment，

1999， 74（1-3）： 113-135.

[21] 梁思維，劉笑彤，李英濱，等. 我國土壤線蟲生態研究

新進展[J]. 應用生態學報，2024，35（8）：2282-2290.

[22] 李玉娟，吳紀華，陳慧麗，等. 線蟲作為土壤健康指示

生物的方法及應用[J]. 應用生態學報，2005，16（8）：

1541-1546.

[23] BONGERS T. The maturity index： an ecological

measure of environmental disturbance based on nematode

species composition[J]. Oecologia， 1990， 83（1）：

14-19.

[24] YEATES G W， BONGERS T， DE GOEDE R G， et

al. Feeding habits in soil nematode families and genera：

An outline for soil ecologists[J]. Journal of Nematology，

1993， 25（3）： 315-331.

[25] FERRIS H， BONGERS T， DE GOEDE R G M. A

framework for soil food web diagnostics： Extension of

the nematode faunal analysis concept [J]. Applied Soil

Ecology， 2001， 18（1）： 13-29.

[26] FERRIS H. Form and function： Metabolic footprints

of nematodes in the soil food web[J]. European Journal

of Soil Biology， 2010， 46（2）： 97-104.

[27] MENTA C， CONTI F D， PINTO S， et al. Soil biological

quality index （QBS-ar）： 15 years of application

at global scale[J]. Ecological Indicators， 2018， 85：

773-780.

[28] MENTA C， CONTI F D， PINTO S. Microarthropods

biodiversity in natural， seminatural and cultivated

soils-QBS-ar approach[J]. Applied Soil Ecology， 2018，

123： 740-743.

[29] MENTA C， LEONI A， BARDINI M， et al. Nematode

and microarthropod communities： Comparative

use of soil quality bioindicators in covered dump and

natural soils[J]. Environmental Bioindicators， 2008， 3（1）：

35-46.

[30] 張衛信，陳迪馬，趙燦燦. 蚯蚓在生態系統中的作用[J].

生物多樣性，2007，15（2）：142-153.

[31] 張友梅，王振中，邢協加，等. 土壤污染對蚯蚓的影響

[J]. 湖南師范大學自然科學學報，1996，19（3）：84-90.

[32] PAOLETTI M G， SOMMAGGIO D， FUSARO S.

An earthworm soil quality index proposal （QBS-e）

applied to agroecosystems[J]. Biologia Ambientale， 2013，

27： 25-43.

[33] 張丹丹，盛浩，肖華翠，等. 土壤健康的評價方法及應

用[J]. 土壤與作物，2023，12（1）：109-116.

[34] 盛豐. 康奈爾土壤健康評價系統及其應用[J].土壤通

報，2014，45（6）：1289-1296.

[35] 張衛信，申智鋒，邵元虎，等. 土壤生物與可持續農業

研究進展[J]. 生態學報，2020，40（10）：3183-3206.

[36] 劉宇航，常亮，張士秀，等. 農田管理措施對土壤動物

群落特征的影響[J]. 土壤通報，2023，54（4）：989-997.

[37] 張士秀，賈淑霞，常亮，等. 保護性耕作改善東北農田

黑土土壤生物多樣性及其生態功能[J]. 地理科學，2022，42

（8）：1360-1369.

[38] ZHANG S X， LI Q， L譈Y， et al. Conservation

tillage positively influences the microflora and microfauna

in the black soil of Northeast China[J]. Soil and

Tillage Research， 2015， 149： 46-52.

[39] 林英華，黃慶海，劉驊，等. 長期耕作與長期定位施肥

對農田土壤動物群落多樣性的影響[J]. 中國農業科學，

2010，43（11）：2261-2269.

[40] 王振中，張友梅，李忠武，等. 有機磷農藥對土壤動物毒性

的影響研究[J]. 應用生態學報，2002，13（12）：1663-1666.

[41] 張桐瑞，金軻，王珍，等. 草地土壤健康的內涵及其評

價[J]. 中國草地學報，2022，44（5）：102-113.

[42] 董世魁，張宇豪，王冠聰. 草地健康與退化評價：概念、

原理及方法[J]. 草業科學，2023，40（12）：2971-2981.

[43] 孫建財，劉任濤，王真，等. 基于文獻計量的放牧對草

地土壤動物多樣性的影響[J]. 生態學報，2024，44（14）：

6405-6415.

[44] 姜路帆，李亞衡，楊進榮，等. 降水變化對錫林郭勒草原土

壤動物數量的影響[J]. 草地學報，2019，27（3）：766-774.

[45] 武崎，吳鵬飛，王群，等. 放牧強度對高寒草地不同類

群土壤動物的群落結構和多樣性的影響[J]. 中國農業

科學，2016，49（9）：1826-1834.

[46] 蔡小溪，吳金卓. 森林土壤健康評價研究進展[J]. 森林工

程，2015，31（2）：37-41.

[47] 楊曉娟，王海燕，任麗娜，等. 我國森林土壤健康評價

研究進展[J]. 土壤通報，2012，43（4）：972-978.

[48] 于法展，張忠啟，陳龍乾，等. 廬山不同森林植被類型

土壤特性及其健康評價[J]. 長江流域資源與環境，2016，25

（7）：1062-1069.

[49] 李淑芬，于法展，李保杰. 蘇北低山丘陵區典型性森林土壤

健康評價研究[J]. 水土保持研究，2009，16（4）：264-269.

[50] KUDRIN A， PERMINOVA E， TASKAEVA A， et

al. A meta-analysis of the effects of harvesting on the

abundance and richness of soil fauna in boreal and

temperate forests[J]. Forests， 2023， 14（5）： 923.

[51] 高敏，馬香麗，楊晉宇，等. 圍封對冀北山地華北落葉

松人工林土壤動物群落結構的影響[J]. 西北農林科技

大學學報（自然科學版），2016，44（3）：141-152，159.

責任編輯：達海莉