夜间的人造光照会改变蚯蚓群落结构以及土壤的团聚状况

《Journal of Applied Ecology》：Artificial light at night alters earthworm communities and soil aggregation

　　人工光（ALAN）通过直接和植物介导途径影响蚯蚓群落及土壤团聚过程。研究在英格兰埃克塞特大学校园开展，分析白光LED路灯（持续照明9年）的照度（lux）和色温（CCT）对蚯蚓数量、生物量及土壤团聚的影响。结果显示，高色温（蓝光）抑制蚯蚓总数量和生物量，高照度促进总生物量但受色温削弱；生态类群和年龄差异显著，幼体端生蚯蚓增强大颗粒团聚，抑制中小颗粒。需综合调整照度、光谱及植被覆盖以优化管理策略。

　　人工光在夜间（ALAN）的全球扩张对生态系统造成了深远的影响，尤其对土壤生态系统中的环节动物——蚯蚓群体构成了潜在威胁。这一研究首次系统地探讨了ALAN对蚯蚓种群及其驱动的土壤团聚过程的影响，揭示了光的光谱特性（如相关色温CCT）和光照强度对蚯蚓种群结构和土壤功能的复杂作用机制。通过在英国埃克塞特大学Penryn校区的一条夜间照明街道上，对26个路灯下的土壤和蚯蚓进行长期采样，研究团队发现，光谱中蓝光成分的增加会显著降低蚯蚓的总体数量和生物量，而光照强度的增加则促进蚯蚓的总体生物量增长，但这种正向效应会随着CCT的升高而减弱。研究还进一步表明，这些影响并非在所有蚯蚓生态类别或年龄组中均一致，而是表现出显著的异质性。

蚯蚓根据其生活习性和活动模式被划分为不同的生态类别：**地表活动型（anecic）**、**表层土壤活动型（epigeic）** 和 **深层土壤活动型（endogeic）**。研究发现，蓝光对地表活动型蚯蚓的影响尤为显著，其数量和生物量在高CCT条件下明显减少，而深层土壤活动型蚯蚓则对光谱变化更为敏感，其数量和生物量随着CCT的升高而显著下降。然而，光照强度对深层土壤活动型蚯蚓的正向影响并未完全抵消CCT的负面影响，这表明光谱特性在影响蚯蚓种群时具有更关键的作用。此外，年龄组之间的差异也值得关注：成年蚯蚓在高光照强度下表现出更强的适应能力，而幼年蚯蚓则更容易受到光照的影响，尤其在高CCT环境下。

值得注意的是，研究还揭示了ALAN通过植物媒介对蚯蚓种群的间接影响。植物覆盖度在蚯蚓种群变化中起到了调节作用，某些植物在蓝光照射下改变了其生长模式，如叶片脱落时间、根系分布等，从而影响了蚯蚓的食物来源和栖息环境。例如，研究表明，蓝光可能延长某些植物的叶落时间，导致地表有机物积累减少，进而影响地表活动型蚯蚓的生存条件。此外，植物根系的生长动态在光照条件下也发生了变化，可能通过影响土壤结构间接改变蚯蚓的活动模式。这些植物与蚯蚓之间的相互作用机制为理解ALAN对整个土壤生态系统的影响提供了新的视角。

研究进一步探讨了ALAN对蚯蚓驱动的土壤团聚过程的影响。土壤团聚是土壤生态系统中维持碳储存、水分保持和养分循环的重要过程，而蚯蚓在其中扮演了关键角色。通过结构方程模型（SEM），研究团队发现，ALAN对土壤团聚的影响主要体现在**幼年深层土壤活动型蚯蚓**的活动上。高CCT的蓝光照明显著增强了大型土壤团聚体（如大宏团聚体）的形成，但同时抑制了小型宏团聚体和微团聚体的生成。这种影响可能是由于蓝光改变了蚯蚓的觅食行为，导致其更倾向于挖掘深层土壤，从而促进了大型团聚体的形成。此外，光照强度和光谱成分的组合也可能影响蚯蚓的活动模式，进而改变土壤团聚的结构和稳定性。

研究结果表明，蚯蚓种群的响应并非单一因素决定，而是受到多种环境变量的共同影响。土壤的物理和化学特性，如湿度、温度、pH值和黏土含量，也对蚯蚓的分布和活动产生重要作用。然而，ALAN对这些自然变量的影响是间接的，通过改变植物生长状态和蚯蚓种群结构来实现。因此，研究强调了在考虑ALAN对生态系统的影响时，需要综合评估其对不同生态类别的蚯蚓以及植物群落的综合效应。这不仅有助于理解蚯蚓种群的动态变化，也为更广泛地认识ALAN对土壤功能的影响提供了基础。

从生态功能的角度来看，蚯蚓对土壤结构的塑造作用是生态系统稳定性和可持续性的关键。例如，蚯蚓的活动可以促进土壤团聚体的形成，从而增强土壤的持水能力、减少侵蚀风险，并提高土壤中有机碳的稳定性。然而，研究发现，ALAN的引入可能削弱这些生态功能。具体而言，高CCT的蓝光照明不仅减少了蚯蚓的生物量，还影响了其对土壤团聚体的贡献。这种影响可能是由于蚯蚓的活动模式发生了改变，例如减少了表层土壤的翻耕频率，或改变了其在土壤中的分布，从而影响了土壤结构的形成。这些变化可能对土壤的长期功能产生深远影响，例如降低土壤的碳储存能力、影响水分渗透和养分循环等。

研究还强调了不同蚯蚓生态类别和年龄组对ALAN的响应差异。例如，成年蚯蚓在高光照强度下表现出更强的适应能力，而幼年蚯蚓则更容易受到蓝光的负面影响。这可能与蚯蚓的生理机制有关，例如成年蚯蚓具有更强的避光能力，而幼年蚯蚓的运动和生存策略尚未完全发育，因此更容易受到光照变化的影响。此外，研究发现，某些蚯蚓生态类别（如地表活动型）对光照的敏感性更高，而深层土壤活动型蚯蚓则可能通过其他方式适应光照变化，例如改变其地下活动的频率或深度。这些发现表明，ALAN对蚯蚓的影响是多方面的，需要从不同生态类别和年龄组的角度进行综合分析。

在实际应用层面，研究提出了一个重要的管理建议：**不应简单地将夜间照明的强度降低作为唯一的解决方案，而应根据具体的生态条件调整光照强度和光谱成分**。例如，在植物覆盖度较高的区域，蓝光的影响可能更为显著，因此可以考虑使用光谱更柔和的照明设备。而在植物覆盖度较低的区域，适当增加光照强度可能有助于维持蚯蚓种群的生物量，但必须避免过度照明导致蚯蚓行为和生理的不良变化。这种策略性的照明管理方法可以有效减少ALAN对蚯蚓种群和土壤功能的负面影响，同时在必要时保留照明的生态效益。

此外，研究还指出，ALAN对蚯蚓的影响可能具有**时间滞后性**。例如，某些植物在夜间照明下改变了其生长模式，这种变化可能需要数年时间才能对蚯蚓种群产生显著影响。因此，长期的生态监测和研究对于理解ALAN的累积效应至关重要。同时，研究也强调了在不同季节和环境条件下，ALAN的影响可能有所不同。例如，在夏季，由于蚯蚓对干燥环境的敏感性，光照可能加剧其生存压力；而在冬季，低温可能降低蚯蚓的活动频率，从而减弱ALAN的直接效应。因此，夜间照明的管理需要结合具体的季节变化和环境条件进行调整。

研究还揭示了ALAN对蚯蚓行为的潜在改变。例如，某些蚯蚓种类在高CCT条件下表现出更强的避光行为，导致其在土壤中的分布发生变化。这种行为变化可能影响蚯蚓对土壤资源的利用效率，进而影响土壤生态系统的功能。此外，研究发现，ALAN可能改变蚯蚓的繁殖行为和活动模式，例如某些种类在夜间光照下减少表面活动，从而影响其繁殖机会和种群更新。这些行为变化可能是由于蚯蚓的生理节律受到干扰，或其对光信号的感知能力发生变化。

最后，研究呼吁在未来的生态管理和城市规划中，更加重视ALAN对土壤生态系统的影响。尽管夜间照明在某些情况下具有必要性（如安全和交通需求），但其对蚯蚓种群和土壤功能的潜在危害不容忽视。因此，政策制定者和城市规划者需要在设计夜间照明方案时，综合考虑其对生态系统的影响，避免对关键生态过程造成不可逆的破坏。同时，进一步的研究应聚焦于ALAN对蚯蚓生理和行为的长期影响，以及不同光谱成分对土壤功能的潜在作用机制。这不仅有助于保护蚯蚓这一关键物种，也能为实现可持续的生态管理提供科学依据。