夜间人工光照改变蚯蚓(Lumbricus terrestris)地表行为模式及其对碳循环的潜在影响

本研究针对全球蔓延的夜间人工光照(ALAN)对土壤生物的影响展开创新性探索。研究人员通过室内外实验相结合，首次系统量化了不同强度ALAN(0.1-100 lx)对蚯蚓(Lumbricus terrestris)夜间地表行为(风险探索、觅食等)的干扰阈值(10 lx)，并评估了其对凋落物分解和土壤呼吸的潜在生态效应。该研究为光污染对地下生态系统工程师的功能影响提供了直接证据，对理解人为干扰下的生物地球化学循环具有重要价值。

　　

当夜幕降临，城市灯光勾勒出人类文明的轮廓，却也在悄然改变着自然界的运行法则。这种被称为夜间人工光照(Artificial Light at Night, ALAN)的现象，正以每年2.2%的速度在全球蔓延。虽然ALAN为人类社会带来便利，但其生态影响日益凸显——从扰乱动物昼夜节律到改变群落结构，相关研究已涉及微生物、植物和各类动物。然而，在这幅生态影响拼图中，有一个关键环节长期缺失：那些昼伏夜出的土壤生物，尤其是被称为"生态系统工程师"的蚯蚓，是否会因ALAN改变其维持土壤健康的关键功能？

英国埃克塞特大学的研究团队将目光投向了这一科学盲区。他们选择具有典型夜行性的Lumbricus terrestris（普通蚯蚓）作为模式生物，通过创新的双实验设计，首次揭示了ALAN对蚯蚓地表行为的确切干扰阈值及其生态级联效应。这项发表于《Oecologia》的研究不仅填补了光污染土壤生态学的知识空白，更提出了人工光照可能通过行为干扰间接影响碳循环的新机制。

研究采用室内温控实验与野外实验相结合的方法。室内实验通过7个ALAN梯度(0.1-100 lx)系统评估行为响应阈值；野外实验则聚焦10 lx这一关键强度，结合凋落物袋法和土壤呼吸测量，探究行为改变对生态功能的影响。采用高清摄像记录四种地表行为模式，通过混合效应模型分析数据差异。

行为响应阈值的确立
室内实验首次量化了ALAN对蚯蚓行为的剂量-效应关系。当光照强度≥10 lx时，蚯蚓的总体地表活动（"Overall"）和觅食行为（"Half-emerged"）显著减少，且抑制效应随光照增强而线性上升。值得注意的是，10 lx相当于城市路灯近距离照射强度，这意味着常见的人工照明已足以干扰蚯蚓的夜间觅食。

风险与收益的权衡
野外实验揭示了更复杂的行为策略。在10 lx ALAN下，蚯蚓显著增加风险探测行为（"Heads-only"：仅露出头部快速伸缩），同时减少完全出洞觅食。这种"谨慎探索"模式表明蚯蚓在ALAN压力下形成了新的风险-收益平衡策略，既满足基本觅食需求，又最大限度减少光暴露风险。

生态功能的韧性
尽管行为模式显著改变，36天的观察显示：ALAN处理组（10 lx）与对照组的凋落物分解量（0.66±0.26 vs 0.46±0.20 g）和土壤CO₂排放（238.8±33.1 vs 256.6±46.2 μmol CO₂ min^-1 m^-2）无统计学差异。这表明短期内行为改变尚未转化为可检测的碳循环变化，可能由于：1）补偿性觅食策略维持了基本功能；2）微生物过程对碳循环的贡献占主导；3）观测周期不足以捕捉长期累积效应。

这项研究确立了ALAN作为新型环境压力源对土壤生态系统工程师的影响路径：10 lx即可显著改变蚯蚓地表行为模式，且效应强度与光照剂量正相关。虽然短期内未观测到碳循环参数的显著变化，但行为干扰的长期累积效应及其与微生物过程的交互作用仍需警惕。研究创新性地将光污染研究与土壤生态功能相衔接，为评估城市夜间照明的生态代价提供了科学基准。特别值得注意的是，10 lx这一阈值广泛存在于城市绿地、道路边缘等场景，意味着当前ALAN的影响范围可能被严重低估。未来研究需关注：1）长期暴露下蚯蚓的光适应机制；2）行为改变对土壤团聚体形成等慢过程的潜在影响；3）不同光谱组成的差异性效应。这些发现对城市规划中夜间光照管理的优化具有重要指导价值。