众所周知,土壤重金属污染己经成为了制约中国乃至全世界经济增长,危害粮食安全和人类健康的重要环境污染事件。国内外为了认识其危害机制,开展了大量研究。但是这些研究大多集中在土壤重金属污染的毒性试验或者生物富集效应上,关于其对凋落物分解方面的研究还比较少,机制尚不明确。为此,本研究从土壤大型动物蚯蚓的行为为切入点,阐述重金属镉(0、15、30、45 mg/kg)对凋落物分解的影响,以期为正确认识土壤重金属污染的生态后果提供证据。结果表明:(1)急性毒性试验表明,Cd2+对蚯蚓有致毒致死效应,蚯蚓的半致死浓度(24h-LC50)值为207.71mg/L,亚致死浓度(24h-LC10)为107.58mg/L,48h-LC5o为181.32mg/L,48h-LC1o为64.97mg/L。Cd2+对蚯蚓有较为强的毒害作用,根据《毒性物质的毒性等级和危险等级》,表现为中毒毒性,且毒性随暴露时间的延长而加深。(2)蚯蚓行为及生理试验表明,镉污染对蚯蚓运动模式有显著影响,从蚯蚓洞穴结构发现,随着Cd2+浓度的增加,蚯蚓洞穴最大深度和总长度显著下降,跟对照相比,最大浓度处分别下降了65.27%和49.36%;且进一步研究发现蚯蚓对Cd2+污染的生理响应也比较显著,蚯蝴NADH脱氢酶在暴露14天后随着Cd2+浓度的增加不断增加,而蚯蚓超氧化歧化酶(SOD)表现出低浓度促进高浓度抑制的趋势,这些不利的响应最终导致蚯蚓生物量(鲜重)在该条件下不断下降。(3)凋落物分解试验探讨了重金属浓度(0、15、30、45 mg/kg)和蚯蚓密度(低10只/桶和20只/桶)对土壤理化性质、土壤微生物群落结构及凋落物分解的影响。结果表明:处理第60天,无重金属处理中凋落物在低蚯蚓密度和高密度环境下,重量分别损失了41.75%、50.88%,在有重金属的处理中,随着处理浓度的增加凋落物分解的速度不断下降,与对照相比,最高重金属浓度处理的凋落物分解速率在低蚯蚓密度和高蚯蚓密度处理中分别下降了36.59%和49.38%;同时凋落物中木质素含量随Cd2+浓度的增加而升高,低密度与高密度蚯蚓作用下,最高处理浓度比对照组分别高34.27%和51.65%。此外,蚯蚓密度对凋落物分解过程也有显著影响,随着蚯蚓密度的增加,凋落物分解速度增加,木质素含量逐渐降低。木质素变化与真菌群落多样性间关系更为密切,但凋落物重量损失主要受蚯蚓影响,而非微生物群落。蚯蚓存在时土壤中真菌多样性香浓威纳指数较空白处理增加47.42%,镉污染作用下显著降低31.70%。真菌多样性指数变化与凋落物分解速率变化规律一致。木质素的降解可能与子囊菌门(Ascomycota)真菌数量增加有关。(4)蚯蚓行为的变化及凋落物分解速度的变化进一步导致土壤理化性质发生了变化,对土壤容重和土壤孔隙度来说,对照中土壤容重最大,而有重金属浓度的处理中,土壤容重相对较低,相反,土壤孔隙度则在有重金属浓度的处理中相较对照低,并且在最高浓度处达到显著水平。对土壤化学性质而言,由于杨树叶片和蚯蚓主要分布在表层,故土壤理化性质的改变以表层最为明显,基本上,随着重金属浓度的增加,土壤pH值、总氮、碱解氮、总磷、速效磷与有机质含量不断下降,而氨氮含量则相反,随着重金属处理浓度的增加而增加。综合研究结果发现,土壤重金属污染对杨树凋落物分解过程有显著影响。随着重金属浓度增加,凋落物分解速度逐渐下降。通过蚯蚓急性毒性试验和行为学试验,研究发现,凋落物分解过程与速率可能与蚯蚓生理和行为的改变有关,即随着重金属浓度的增加,蚯蚓发生了毒性效应,需消耗更多的氧气与能量,单位时间内运动能力下降,其取食杨树叶片的速度降低;此外,蚯蚓行为受到抑制进一步导致土壤孔隙度和土壤容重发生变化,也就是说,随着重金属浓度的增加,土壤孔隙度因为蚯蚓行为抑制而降低,pH值降低,通气条件下降,这些变化抑制了凋落物分解的速率。而细菌与凋落物分解的相关性不显著,真菌只能专一性的分解木质素,这表明土壤动物或在凋落物分解中占主要作用。