气候与海拔对城市蚯蚓群落的主导作用超越城市化强度——全球尺度下的土壤生物多样性驱动因素解析

《Urban Ecosystems》：Urban earthworm communities driven more by climate and elevation than urbanisation intensity

本研究针对城市土壤生物多样性研究不足的现状，系统整合全球41项研究（726条记录），首次量化评估了气候、城市化强度、土壤性质和土地利用对城市蚯蚓群落的相对贡献。研究发现海拔、温度年变幅和潜在蒸散量(PET)是决定蚯蚓丰度和生物量的关键因子，而城市化强度在控制气候和土壤变量后未呈现一致影响。研究为城市土壤生态系统管理提供了重要科学依据，强调气候变化缓解对维持蚯蚓群落的重要性。成果发表于《Urban Ecosystems》（2025）。

　　

随着全球城市化进程加速，超过半数人口居住在城市地区，且这一比例预计到2050年将翻倍。城市扩张导致自然栖息地碎片化，地下土壤环境同样面临原生土壤减少、压实和封闭等严峻挑战。作为土壤生态系统工程师，蚯蚓通过调节养分循环、改善土壤结构等重要生态功能，支撑着城市生态系统的服务供给。然而，城市蚯蚓群落的研究长期存在结论不一致的问题——不同研究报道了正效应、负效应或无显著影响，且缺乏全球尺度的系统分析。这种认知空白使得城市土壤生物多样性管理缺乏科学依据。

为破解这一难题，由赫尔辛基大学Helen R.P. Phillips和雷恩大学Kevin Hoeffner共同领导的研究团队，对1995-2024年间全球41项城市蚯蚓研究进行整合分析，涵盖726条观测记录。研究团队建立了一个包含气候、地形、城市化指标、土壤性质和土地利用强度的多维数据库，通过混合效应模型量化了各因子对蚯蚓丰度、生物量和物种丰富度的相对重要性。这项发表于《Urban Ecosystems》的研究首次揭示：在全球尺度上，气候和海拔因子对城市蚯蚓群落的影响远超城市化强度。

研究采用系统文献检索与数据提取方法，从Web of Knowledge获取350篇文献，最终筛选出41篇符合标准的研究。通过标准化数据提取流程，收集了蚯蚓群落参数（丰度、生物量、物种丰富度）、土壤性质（pH、质地、有机质）和地理坐标等关键信息。同时整合全球地理数据库，获取气候变量（温度、降水、潜在蒸散量PET）、地形数据（海拔、地形指数）和城市化指标（人口密度、道路密度、城市核心区距离）。采用协惯性分析探索环境变量与蚯蚓群落的共结构关系，并运用广义线性混合效应模型（glmmTMB包）进行多模型平均分析，以确定关键驱动因子。

城市蚯蚓群落基本特征

数据分析显示，城市蚯蚓平均丰度为148.6 ind/m²（0-1177.8 ind/m²），生物量为75.6 g/m²（0-608.9 g/m²），物种丰富度均值为3.4种（0-12种）。功能群组成分析表明，内栖型(endogeic)蚯蚓在数量上占主导（66%），而深栖型(anecic)贡献了70.9%的生物量。物种组成具有高度相似性，优势种包括Aporrectodea rosea（42%记录出现）、Allolobophora chlorotica（40%）等广布种。

环境因子的相对重要性

协惯性分析揭示土壤有机质和粘土含量与蚯蚓丰度呈正相关，而高强度管理的草地和较高pH值则呈现负相关。森林和低中度强度草地与物种丰富度正相关。

混合效应模型结果表明，对于蚯蚓总丰度，温度年变幅（SD）、海拔和潜在蒸散量年变幅（PET SD）是最重要的预测因子，其重要性显著高于城市化指标。温度变幅增大对丰度产生负面影响（估计值=-0.51），而海拔和PET变幅则呈现正面效应。

对于生物量模型，潜在蒸散量年变幅（PET SD）是关键预测变量，呈现显著负相关（估计值=-0.32），表明气候稳定性对蚯蚓生物量积累至关重要。

外来物种分布格局

研究发现在北美、南美和亚洲城市记录到外来蚯蚓物种，而在欧洲和非洲城市的数据集中未见报道（尽管文献记载存在）。外来物种在入侵地往往形成单一优势群落，如北美城市的Amynthas agrestis和Metaphire hilgendorfi在出现地点完全取代了本地种。

研究结论强调，城市蚯蚓群落主要受气候和地形因素驱动，而非城市化强度本身。这一发现对城市土壤管理具有重要启示：面对气候变化，应优先采取增强土壤有机质、维持土壤湿度的措施，如增加树木冠层覆盖、施用有机覆盖物等。同时，研究指出了当前数据的空间偏差（75%记录来自欧洲）和未来研究方向，包括扩大地理覆盖度、加强长期监测和标准化采样方法。

该研究首次在全球尺度上量化了城市蚯蚓群落的多重驱动因子，为理解城市土壤生物多样性维持机制提供了新视角。研究结果提示，城市土壤管理应更加关注气候适应措施，而非单纯聚焦于城市化强度的控制，这对于构建气候韧性的城市生态系统具有重要指导意义。