了解四个巴尔干国家中蚯蚓的多样性：为监测和保护工作奠定基础

《Applied Soil Ecology》：Understanding earthworm diversity across four Balkan countries: A foundation for monitoring and conservation

克罗地亚、波黑、塞尔维亚和黑山共2801个蚯蚓分布记录显示，该地区蚯蚓多样性高（118种，58种特有），但湿地和草地采样不足。环境因素如海拔、土壤pH和黏土含量显著影响蚯蚓分布，保护区涵盖69%特有种，但存在跨国界保护缺口。研究强调需加强跨境监测和特有种保护。

　　本研究聚焦于欧洲西部巴尔干地区，探讨了该区域蚯蚓多样性的分布特征及其与生态环境的关系。作为土壤生态系统中的关键物种，蚯蚓在促进土壤健康、推动生态过程方面发挥着重要作用。它们通过挖掘、分解有机物和循环养分等行为改善土壤结构、增强水分渗透性并提升植物生产力，对维持生态系统功能至关重要。此外，蚯蚓还被视为土壤健康的生物指标，其分布变化能够反映环境条件和土地利用的变迁。然而，尽管蚯蚓在生态系统中的重要性日益受到重视，巴尔干地区的相关研究仍存在较大的数据空白，尤其是在大规模的土壤生物多样性评估中。

巴尔干半岛位于东南欧，地理和生态多样性丰富，受到亚得里亚海、爱琴海和黑海的包围。该地区涵盖了阿尔巴尼亚、波斯尼亚和黑塞哥维那、保加利亚、克罗地亚、希腊、科索沃和梅托希亚、黑山、北马其顿、罗马尼亚、塞尔维亚、斯洛文尼亚以及土耳其的欧洲部分。它是一个生物多样性和高度特有性（endemism）显著的生态和生物地理热点区域。不同气候带、地质历史和复杂的地形条件共同作用，形成了多种多样的生境，这些生境对土壤动物群落，尤其是蚯蚓的生存和发展提供了良好的条件。

近年来，关于巴尔干部分国家蚯蚓多样性的研究有所增加，揭示了独特的物种丰富度和特有性模式。例如，克罗地亚拥有68种蚯蚓，其中23种为特有物种；塞尔维亚有77种，其中28种为特有物种；波斯尼亚和黑塞哥维那记录了49种，其中13种为特有物种；黑山则记录了43种，其中9种为特有物种。这些数据虽有助于理解区域生物多样性，但并未包含在本研究中。同时，其他巴尔干国家如北马其顿、希腊、保加利亚和阿尔巴尼亚的蚯蚓数据也提供了有价值的参考，但未被纳入本次研究。这些发现突显了进行区域综合评估的必要性，以填补生物多样性数据的空白并推动有效的保护措施。

尽管巴尔干地区的生物多样性受到关注，但该地区在全球范围内的蚯蚓研究和地图绘制中仍是一个空白点，主要是因为此前的欧洲级项目未将其纳入考虑范围。随着土壤生态学领域对蚯蚓生态作用的认识不断加深，关于其生态、空间和时间分布的研究以及对生境和环境偏好的分析也逐渐增多。同时，土壤生物多样性保护的概念正在得到更广泛讨论，揭示了未来保护计划面临的挑战和机遇。了解蚯蚓的分布及其生态特征对于评估土壤质量、制定保护策略以维持和提升土壤生物多样性和生产力具有重要意义。此外，这种知识还能用于预测气候变化对蚯蚓群落的影响。

然而，蚯蚓的研究数据仍然有限，仅有约6.5%的描述物种被国际自然保护联盟（IUCN）评估，其中超过一半被归类为“数据不足”（Data Deficient）。这表明，在全球范围内，对蚯蚓的生态功能和保护状况的认知仍然存在重大缺口。此外，仅有一种巴尔干地区的蚯蚓物种（Cernosvitovia paratuleskovi）被IUCN评估，进一步强调了在该地区进行专门研究的紧迫性。准确评估某一物种的保护状况是防止其灭绝的关键前提，而特有物种由于其分布范围有限，通常面临更高的生存威胁。因此，保护主义者更倾向于优先关注稀有或特有物种的生物学特性。在本研究中所包含的国家中，蚯蚓特有物种数量较多，这支持了巴尔干地区作为土壤无脊椎动物多样性热点的假设。

尽管没有统一的特有性阈值来定义低、中或高特有性，但在区域生物多样性评估中，特有性超过30–40%通常被视为高特有性的典型指标，这与生物多样性热点的定义相一致。然而，异质的分类系统使得蚯蚓数据的整合和比较变得复杂。此外，缺乏足够的监测工具和指标也使全球范围内对蚯蚓种群动态和群落结构的理解变得困难。因此，新的方法如物种分布建模和数据集成平台为解决这些问题提供了新机会。例如，与土壤生物数据仓库Edaphobase整合的综合工具集能够帮助注释生物多样性数据，并利用丰富的元数据（地理、环境和方法学）进行分析和识别大尺度空间模式。以德国为例，最近的研究展示了蚯蚓群落数据在预测栖息地适宜性和识别环境驱动因素方面的价值，为监测项目提供了基准。

本研究旨在为巴尔干地区的多个国家提供全面的蚯蚓物种评估，具体目标包括：（i）整合和总结所有可用的分布数据，建立区域基准；（ii）分析不同环境梯度下的物种丰富度和特有性模式；（iii）通过考察物种在保护区网络中的出现情况，评估当前蚯蚓多样性的保护状况；以及（iv）识别知识空白和未来监测与保护工作的优先领域。为了实现这些目标，研究团队利用了作者自身的数据集（包括之前未发表的野外记录）以及已发表的文献数据，涵盖了克罗地亚、波斯尼亚和黑塞哥维那、塞尔维亚和黑山四个国家。这些国家被选为研究对象，因为它们在巴尔干地区拥有最全面和可访问的蚯蚓多样性和分布数据。这种选择使得在研究区域内进行更稳健和一致的分析成为可能。

研究团队通过数据清理过程去除了重复记录、根据公认的分类学命名进行了标准化，并验证了地理坐标和来源之间的元数据一致性。对于位置不明确的记录（精度超过5公里），研究团队选择将其排除。由于数据的异质性和主要为存在-缺失数据，对整个数据集进行标准化采样努力并不现实。然而，研究团队进行了后置稀疏分析，以测试是否存在由于采样不均导致的观察模式偏差。所有可用的丰度数据都被转换为存在-缺失格式，以确保数据集的一致性。缺失的环境数据则通过GIS图层进行后置提取。数据清理过程共排除了87条记录（约占初始2888条记录的3%），主要为重复记录和位置不明确的记录。最终数据集保留了所有118种最初识别的物种，并包含2801条物种出现记录，分布在1202个独特的采样地点。

需要注意的是，所编纂的数据集反映了巴尔干地区蚯蚓研究的历史分布，导致不同环境梯度下的采样强度不均。这种采样强度的不均性是由于数据来源的多样性，涵盖了数十年的研究。为了不掩盖研究历史和数据空白的重要信息，研究团队决定保留完整的数据集，并透明地报告采样强度。这种做法符合建立当前知识全面基线的主要目标，为未来的监测和保护规划提供依据。

研究团队还整合了与生境特征相关的广泛空间数据集，包括地形、气候、土壤、植被、土地覆盖和生态分类。海拔数据来源于Copernicus全球数字高程模型，空间分辨率为90米。气候类型根据K?ppen-Geiger系统进行分类，分辨率为1公里。对于1980年至2016年的数据，覆盖了研究记录的84.3%。对于1980年以前的记录，研究团队承认可能存在分类不确定性，但指出巴尔干地区的气候带边界在20世纪内相对稳定。土壤特性（平均沙、黏土和黏粒含量百分比以及土壤pH值）则来源于SoilGrids250m产品，这是一个基于大量现场观测数据训练的机器学习模型的全球网格数据集。

植被和土地覆盖变量是从2018年的高分辨率Copernicus图层中提取的，包括树冠密度、主导叶类型、森林类型和草地存在情况，空间分辨率为10米。生境分类来源于2018年CORINE土地覆盖数据集（CLC）和EUNIS生境分类（EUNIS，Davies等人，2004年），均为100米空间分辨率。研究团队采用了三种互补的分类系统，以捕捉与蚯蚓生态相关的不同环境变化维度：气候（K?ppen-Geiger）、土地利用强度（CORINE）和生态生境特征（EUNIS）。这种多尺度的方法是必要的，因为蚯蚓具有多样的生态需求，而数据集本身也具有异质性。由于土地覆盖数据未覆盖所有采样年份，因此使用了2018年作为最近期、高分辨率和空间完整性的数据。为了应对生物采样（1900–2024）和土地覆盖数据（2018）之间的时间不匹配，研究团队交叉引用了412条近期记录（2018–2024），其中包括现场记录的生境类型与当代土地覆盖分类。对于缺乏生境元数据的早期记录，研究团队评估了可能的土地利用变化，利用CORINE时间序列（1990、2000、2006、2012、2018）进行分析。对于早于1990年的记录（共312条），研究团队依赖于历史地图、可用的现场笔记以及该地区主要生境类型的相对稳定性（尤其是森林）来分配可能的生境分类。为了量化这些变化，研究团队提取了五个时间点的土地覆盖分类，并构建了转换矩阵以评估每个采样地点的土地覆盖动态（见补充图S2–S4）。卡方检验用于评估观察到的转换是否具有统计学意义。这种时间分析有助于量化采样地点的稳定性，并识别可能受土地利用变化影响的地点。此外，为了将生物多样性模式置于更广泛的生态框架中，研究团队还包含了基于Olson等人（2001年）的生物群和陆地生态区分类。最后，每个地点的保护状态是通过联合国环境规划署世界保护区数据库（UNEP-WCMC和IUCN，2025年）确定的，包括二元保护状态指标、国家公园设计和重叠的保护区类型。

在研究区域中，蚯蚓的生物地理结构分析表明，每个物种被归类为十二种生物地理分布类型之一，这些分类基于以往研究的分类方案。这些类别既反映了历史生物地理过程，也体现了当前的分布模式。特有物种是那些分布局限于特定地理区域的物种，即本研究中的巴尔干地区。这一类别进一步细分为广泛分布的特有物种和狭义分布的特有物种。前者分布在多个地点和邻近国家，而后者仅限于一个已知地点（仅一个国家）。阿尔卑斯-巴尔干物种分布在阿尔卑斯山和巴尔干的中北部地区，常与高海拔冰川避难所和山地环境相关。阿尔卑斯-迪纳里克物种则占据阿尔卑斯地区和迪纳里克山脉，通常适应于钙质土壤和森林生境。喀尔巴阡-巴尔干物种则分布在喀尔巴阡山脉和巴尔干山脉，反映了这两个地区之间历史生物地理联系。南阿尔卑斯物种主要分布在巴尔干南部的阿尔卑斯地区，可能向巴尔干西北部扩展。伊利里亚物种则以巴尔干西部地区为特征，尤其是在亚得里亚海沿岸和迪纳里克内陆地区，通常与喀斯特地貌和地中海气候相关的生境相关。莫西亚物种原产于巴尔干东部地区，特别是东部塞尔维亚和西部保加利亚，受泛海和草原影响。大西洋-地中海物种广泛分布于大西洋沿岸至地中海盆地，通常出现在中地中海气候区域。环地中海物种广泛分布于地中海地区，包括南欧、北非和近东部分地区。中欧物种广泛分布于大陆欧洲，通常适应于温带气候和多种土壤类型。跨爱琴海物种在巴尔干和安纳托利亚之间有不连续的分布，可能是由于历史陆地连接或远距离扩散。迁徙物种是人类活动引入的广泛分布物种，通常适应于受干扰或城市环境。

蚯蚓还被分为三种“传统”生态类别：表土栖息物种（epigeic）、土壤栖息物种（endogeic）和深穴居物种（anecic）。表土栖息物种体型较小，有色素，生活在落叶层和最上层土壤中。它们以地表分解的有机物为食，很少钻入超过10厘米深的土壤。土壤栖息物种则为无色素或浅色，生活在和以矿物土壤层中（通常在10–40厘米深度），以土壤有机物与矿物颗粒混合物为食。它们创造水平的洞穴。深穴居物种体型较大，能够创建长达3米的永久垂直洞穴，它们从地表将落叶拉入洞穴中，并在夜间外出觅食。

为了分析生境类型和物种丰富度之间的关系，研究团队使用了多种统计方法。这些方法包括使用R统计软件进行的分析，以及vegan、iNEXT和spdep等包的使用。考虑到存在-缺失数据的普遍性和不同生境梯度上的采样努力不均（每类15–791个地点），研究团队在整个分析过程中采用了非参数方法。土地覆盖动态使用转换矩阵分析进行评估，其中历史CLC数据（1990–2018）用于分析时间变化，卡方检验用于评估观察到的变化是否具有统计学意义。物种积累曲线（999次排列）和Chao2估计值用于评估采样完整性。对于物种丰富度模式，研究团队使用了皮尔逊和斯皮尔曼相关性（连续变量）、具有Bonferroni校正的克鲁斯卡尔-沃利斯检验（分类变量）以及曼-惠特尼U检验（二元比较，如保护与非保护区域）。效应大小（Cohen's d）与p值一起计算。由于不同来源之间的丰度数据不一致，所有记录均被转换为存在-缺失格式，以确保数据集的一致性。虽然对整个异质数据集进行全面标准化不可行，但研究团队实施了针对性的后置稀疏分析，以测试采样不均对特定假设的影响。具体而言，研究团队进行了1000次随机子采样，以匹配每组中最小的样本数量（如生境类型、保护与非保护区域），并在每次迭代中重新计算测试统计量。这种方法使研究团队能够区分真正的生态模式与采样偏差造成的假象。群落组成使用PERMANOVA（Jaccard距离，999次排列）进行分析，并通过betadisper验证了分散性的一致性。卡方检验用于分析生态群组在不同生境中的分布。敏感性分析排除了那些可能经历土地利用变化的地点。统计显著性被设定为p < 0.05，并在必要时进行Bonferroni校正。

研究团队发现，物种积累分析显示，采样覆盖了76.6%的估计总丰富度（Chao2估计值为154 ± 20种）。然而，不同生境的完整性差异显著：阔叶林达到了88.2%的完整性，而湿地（52.2%）和草地（52.5%）的采样不足。总体积累曲线达到了渐近线（斜率=0.021），表明大多数可检测的物种已经被记录。然而，这种采样完整性在不同生境中存在显著差异，尤其是在湿地和草地等生境中。研究团队的这一发现突显了当前数据收集工作的不均衡性，并强调了在这些生境中进行进一步研究的必要性。

在讨论部分，研究团队指出，尽管土壤物种丰富度并不总是与地上保护设计相一致，但保护区仍然在保护特有物种方面发挥了重要作用。尽管总体物种丰富度在保护和非保护区域之间没有显著差异，但保护区中特有物种的比例显著高于非保护区域。这种发现强调了保护区域在维护生物多样性中的重要性，尤其是在保护特有物种方面。然而，特有物种在保护区中的比例在各国之间存在显著差异，从克罗地亚的近完全覆盖到波斯尼亚和黑塞哥维那和黑山的不足一半。这表明，虽然保护区对特有物种具有重要保护价值，但它们的覆盖范围仍然有限，尤其是在一些特定国家。

研究团队还强调，物种分布的不均衡性可能是由于采样强度的差异。例如，某些生境类型，如高海拔地区和某些气候类型，仍被低估。此外，由于物种分布可能跨越国家边界，因此需要跨国界的保护框架来有效保护巴尔干地区的土壤生物多样性。研究团队指出，土壤及其内部的生命不受国界限制，这突显了国际合作在保护土壤生物多样性方面的重要性。

为了弥补当前研究的不足，研究团队提出了未来研究的方向。这些方向包括：（i）对未被充分采样的生境和气候类型进行系统调查，如罗多波山地混合森林、第勒尼安-亚得里亚硬叶和混合森林；（ii）重新采样历史地点，以评估时间动态和对气候变化的脆弱性；（iii）纳入丰度数据和特征测量，以支持更全面的分析；（iv）采用整合分类学方法；（v）在国家边界上开发标准化的监测协议；以及（vi）在微观生境层面上进行更精细的土壤化学分析，以提高对物种-生境关系的机制理解。

本研究的结果不仅揭示了巴尔干地区作为蚯蚓多样性热点的重要性，还强调了该地区在土壤生物多样性保护中的关键作用。研究团队认为，建立一个全面的基准数据集是制定基于证据的监测和保护策略的必要前提。这一基线数据将有助于更准确地评估蚯蚓群落的变化，并为未来的保护政策提供科学支持。此外，研究团队还指出，由于蚯蚓在生态系统中的重要性，其多样性与保护状况的关联值得进一步研究，特别是在气候变化和土地利用变化背景下。