《Applied Soil Ecology》：Soil fauna behaviour reveals rapid habitat function evolution in newly constructed market garden Technosols
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人工土壤的栖息地功能与早期生态发育研究。通过避避与生存测试评估两种Technosols（T和TB）对蚯蚓、跳蚤及鼠妇的影响，发现pH中和与碳酸钙减少显著提升一年内土壤动物栖息适宜性。证实早期成土过程可加速人工土壤生态功能成熟，为城市农业土壤设计提供依据。
佩内洛普·谢瓦尔（Pénélope Cheval）| 朱莉·勒克莱尔克-德兰萨尔（Julie Leclercq-Dransart）| 伯特兰·范多恩（Bertrand Vandoorne）| 奥雷莉·佩尔弗雷纳（Aurélie Pelfrêne）
巴黎萨克雷大学（Université Paris-Saclay）、法国国家农业食品与环境研究院（INRAE）、巴黎农业技术学院（AgroParisTech）、ECOSYS研究单元（UMR ECOSYS），帕莱索（Palaiseau），91120，法国
摘要
在都市农业项目中，人工改良的土壤（Technosols）的应用日益增多，但它们在土壤形成初期为土壤生物提供适宜栖息条件的能力仍缺乏足够的文献记载。本研究通过四种无脊椎动物（Eisenia fetida、Lumbricus terrestris、Folsomia candida 和 Porcellio scaber）的避避试验以及 E. fetida 和 P. scaber 的存活率测定，评估了这两种人工改良土壤的栖息功能随时间的变化情况。所选生物均为生态毒理学中常用的标准化测试物种，且常见于城市土壤中。在人工改良土壤建成后不久及温室栽培一年后，分别进行了标准化避避和存活率生物测定。初期发现，由于高pH值和碳酸盐含量，这些生物的栖息适应性较差。一年后，避避反应显著减弱，存活率显著提高，表明早期的土壤形成过程改善了栖息条件。这些变化与pH值的中和及碳酸盐相关性质的改变有关。总体而言，研究结果表明，在人工改良土壤建成后的第一年内，栖息功能可迅速提升，有助于土壤生物的定居和新土壤中生物活动的启动。
引言
都市农业越来越依赖人工改良土壤来弥补城市中肥沃基质的稀缺。研究表明，由回收材料和有机改良剂制成的人工改良土壤能够支持植被生长，并在较短时间内展现出与天然土壤相似的土壤形成过程（Grard等人，2025年；Huot等人，2015年；Séré等人，2010年）。尽管这些工程土壤的物理化学特性已得到较为充分的描述，但它们在形成初期作为土壤生物适宜栖息地的能力仍需进一步研究。
土壤生物的定居是新土壤生态发育的关键阶段。无脊椎动物参与有机质分解、聚集和养分循环，其活动能够加速在没有生物输入的情况下通常发展缓慢的生物地球化学过程（Blouin等人，2013年；Briones，2014年）。多项研究记录了人工改良土壤被土壤无脊椎动物占据的情况，无论这些土壤是建在屋顶还是地面，都显示出这些人工基质在几年内能够支持多样化的生物群落（Hedde等人，2019年；Joimel等人，2018年；Schrader和B?ning，2006年）。然而，这些研究主要描述了生物的定殖模式，而非栖息地的适宜性，也未评估生物在土壤形成初期的表现如何随土壤条件变化。
因此，在这些早期阶段评估人工改良土壤的栖息功能对于理解生物活动如何建立并促进土壤发育至关重要。标准化生物测定提供了互补的功能指标：避避试验可快速反映生物对土壤条件的反应（ISO 17512-1；ISO 17512-2），而存活率测定则评估生物的长期耐受性（ISO 11268-1；ISO 11268-2）。
本研究选择了四种无脊椎动物来评估栖息功能：蚯蚓 Eisenia fetida 和 Lumbricus terrestris、弹尾虫 Folsomia candida 以及等足类动物 Porcellio scaber。这些物种是土壤质量评估中常用的标准化生态毒理学测试生物，也常见于实施人工改良土壤的城市环境中。E. fetida（地表活动型）和 L. terrestris（地下活动型）代表不同的蚯蚓生态策略，而 P. scaber 和 F. candida 是表层栖息生物。它们的生物活动——有机质周转、生物扰动和养分迁移——对新形成的土壤生态发育至关重要。
本研究旨在确定人工改良土壤是否能为这些生物提供适宜的栖息条件，以及这种功能在其形成第一年内如何演变。研究假设早期的土壤形成过程会逐步改善栖息适宜性。
实验设计
实验设计
在实验温室中设计了两种人工改良土壤（T和TB），使用重复的中型实验装置进行测试。这两种土壤均适用于市场园艺，由两层30厘米厚的材料组成：底层为矿物质层，上层为有机-矿物质层（图1）。矿物质层包含填充物（石灰石采石场的副产品）、沙子和碎砖，而有机-矿物质层则加入了同样的矿物质成分以及绿色废弃物堆肥和马粪堆肥。
人工改良土壤的物理化学演变
人工改良土壤的物理化学性质见表3。在初始阶段（t0），这两种土壤均表现出由原料带来的典型特征：高碳酸盐含量、碱性pH值和低养分储备（CEC）。添加了膨润土的改良土壤（TB）的pH值和总CaCO3含量显著低于T土壤。然而，活性CaCO3、有机质、总氮、C/N比、CEC和有效P2O5含量没有差异。讨论
研究表明，在人工改良土壤形成的一年内，土壤无脊椎动物的栖息条件逐步改善，支持了早期土壤形成过程能提升栖息适宜性的假设。两种土壤（T和TB）都经历了物理化学变化，表现为 Eisenia fetida、Folsomia candida 和 Lumbricus terrestris 的避避行为减少，E. fetida 和 Porcellio scaber 的存活率提高。这些结果与先前的研究结果一致。
结论
人工改良土壤的栖息功能在第一年内迅速提升，主要得益于pH值的中和及碳酸盐含量的降低。膨润土的添加加速了这一过程，但尚未达到完全的功能成熟状态（包括繁殖能力）。这些发现表明，通过分阶段改良策略（优先考虑pH值管理和富粘土的改良剂）可以支持人工城市土壤中早期生物的定殖。需要开展长期野外研究以进一步验证这一结论。
作者贡献声明
佩内洛普·谢瓦尔（Pénélope Cheval）：撰写、审稿与编辑、原始稿撰写、方法设计、研究实施、资金申请、数据分析、概念构建。朱莉·勒克莱尔克-德兰萨尔（Julie Leclercq-Dransart）：数据验证、方法设计。伯特兰·范多恩（Bertrand Vandoorne）：研究监督、方法设计。奥雷莉·佩尔弗雷纳（Aurélie Pelfrêne）：撰写、审稿与编辑、数据验证、研究监督、方法设计、概念构建。
致谢
佩内洛普·谢瓦尔的博士研究由Veolia资助，并与Lo?c Couttelle（Veolia子公司2EI的项目总监）密切合作完成，作者对此表示衷心感谢。同时，也要感谢帮助实施实验设备的技术团队（Arnaud Lefebvre、Camille Lepoutre、David Khatchatryan、Fran?ois Roussel和Julien Dassonneville）。
