蚯蚓一年能翻動多少土？
― 地面上的石頭，100年會下沉約20cm
一隻蚯蚓一次吞下的土，只有小小一撮。可是，當你把田地和草地的面積，再乘上幾十年的時間，情況就完全不同了。以演化論聞名的達爾文，花了四十多年研究這個「小數字相乘」的問題，確認地面本身正在緩慢地換新。
雨後的公園草地上，你有沒有看過一小堆一小堆的土粒，像霜淇淋一樣隆起？
那是蚯蚓的糞便。蚯蚓連土一起吃下去，再把通過身體的土堆在地表。
每一堆都只有指尖那麼大。但如果整片草地都這樣，每年都這樣，持續幾十年，總量會有多少呢？
小土堆變成「搬動地面的力量」，只有兩個原因
在肥沃的草地上，每1平方公尺的土裡，據說有幾十到幾百隻蚯蚓。也就是說，在約半張榻榻米大的地方，就住著幾十隻。
蚯蚓一邊在土裡邊吃邊前進，一邊不斷把糞便送到地表。一年只是薄薄一層，但過了100年，放在地面上的東西就會被厚厚的土蓋住而看不見。
每隻蚯蚓做的事很小，但把「數量」和「時間」這兩個因素相乘，就會差好幾個數量級。我們來依序看看。
達爾文量出來的「每年10噸」
達爾文收集了庭院和牧草地上冒出來的土粒，並秤了重量。結果他估計，在英國的許多地方，每1英畝（約0.4公頃）每年有超過10噸的土通過蚯蚓的身體，被運到地表。
聽到10噸會覺得很多。但把它攤在大約半個足球場的面積上，厚度一年只有2毫米左右。沒有察覺是理所當然的。
然而，這2毫米每年都會累積。而且蚯蚓在地表堆土的同時，也會吃掉下方的土，留下空洞。因此地面的高度幾乎不變，只有原本在地表的石頭會一點一點往下沉。請用圖1的滑桿移動年數看看。
連遺跡的地板，也是蚯蚓埋起來的
達爾文在自家附近的田裡撒了白色石灰粉，過了好幾年才把土挖開。結果，原本在地表的石灰，變成了土裡一層薄薄的白色地層。據說大約30年後，它已經位在約18公分深的地方。
他還調查了羅馬時代遺跡的地板，以及倒下的巨石基部。古老的地板被埋在土下，不只是因為土從上面落下堆積。他認為，蚯蚓從下方把土運上來，一點一點「吞掉」地板，也是很大的原因。
彙整這些觀察的書，就是1881年出版的《蚯蚓與土》（The Formation of Vegetable Mould through the Action of Worms）。這是他晚年的研究，出版後約半年，達爾文就過世了。
通過蚯蚓腸道的土，細小的顆粒會被黏性物質黏在一起，變成許多小團塊。因為縫隙很多，水容易滲入，根也容易伸展。蚯蚓挖出的細小通道，也像排水管一樣，把雨水送到地下。
總結
蚯蚓一年運到地表的土，換算成厚度大約是2毫米。但如果幾十到幾百隻在同一個地方工作幾十年，算起來，田地表面的土大約100年就會整個通過蚯蚓的肚子一次。把落葉變回土、開闢水的通道，這些不起眼的工作，一直在打造我們腳下的地面。
一隻，只有小小一撮。
但100年下來，地面就換了一輪。
下雨天蚯蚓為什麼會爬到地面上，請看「雨天，蚯蚓為什麼會跑到地面上？」；落葉消失到哪裡去了，請看「森林的落葉，為什麼不會堆成一座山？」。
- 在雨後的草地或花圃，找蚯蚓糞堆，數數50cm見方的範圍內有幾堆。
- 在那個地方放一顆扁平的小石頭或一撮白沙當記號，並拍照留存。
- 每隔幾週回到同一處查看，記錄糞堆逐漸蓋住記號的情形。
糞堆在溫暖又潮濕的春天和秋天雨後比較常見。如果找到蚯蚓，觀察完請把牠放回原來的土裡。
想知道更多的人 ― 用語・算式・與課本的關聯明確標示內容相當於國中理化到大學專業課程的哪個程度
- 國中國中理化會學到的範圍
- 高中高中「基礎生物」「基礎地球科學」會學到的範圍
- 高中＋高中的進階內容，或課本專欄的內容
- 大學高中不會學、大學專業課程（土壤學・地形學）的內容
- 研究連大學也不當作「定論」來教，目前研究者仍在探究的主題
國中用語：這個現象有名字
- 分解者：吃落葉和屍體等，把它們還原成無機物的生物。蚯蚓、鼠婦、真菌類都屬於這一類。
- 糞塊：蚯蚓排在地表或土中的土質糞便團塊。
- 團粒構造：細小的土粒聚集成小團塊，使土壤縫隙變多的狀態。
國中高中用算式驗證：一年會積多少毫米
把達爾文的估算「每1英畝每年約10噸」換算成厚度。把重量除以密度和面積，就能得到厚度。
| 用符號寫 | h ＝ M ÷ ( ρ × A ) |
| 用文字寫 | 一年積起的厚度 ＝ 運上來的土的重量 ÷ ( 土的密度 × 面積 ) |
| 這個式子從哪裡來 | 把「重量 ＝ 密度 × 體積」和「體積 ＝ 面積 × 厚度」兩個式子組合起來。用到的是：被運來的土，攤開之後重量也不會改變（守恆）。 |
| 符號 | 意義與單位 |
| h | 一年積起的土的厚度（m） |
| M | 一年運到地表的土的重量（kg） |
| ρ | 積起的土的密度（kg/m³） |
| A | 面積（m²） |
| 被運來的土的重量（達爾文的估算） | 約 10000 kg |
| 1英畝的面積 | 約 4047 m² |
| 積起的土的密度（本文的假設） | 約 1200 kg/m³ |
| 密度 × 面積 | 1200 × 4047 ＝ 4856400 |
| 一年積起的厚度（m） | 10000 ÷ 4856400 ≒ 0.0021 |
| 換算成毫米 | 0.0021 × 1000 ＝ 2.1 |
| 100年的量（毫米） | 2.1 × 100 ＝ 210 |
一年約2.1毫米，100年約21公分。這和翻田時鏟子能插入的深度差不多。也就是說，田地表面的土，大約100年就會整個通過蚯蚓的身體一遍。達爾文的石灰實驗（約30年、約18公分）比這個速度更快，可見不同地方的差異很大。
高中高中＋土壤中的物質循環
高中基礎生物會學到，在生態系中，分解者把有機物還原成無機物，碳和氮因此不斷循環。蚯蚓把落葉拉進土裡，與土混合，讓真菌類和細菌更容易分解。
高中＋蚯蚓糞便形成的團粒構造，會提高土壤縫隙所占的比例（孔隙率）。大縫隙負責排水和通氣，小縫隙負責保水，所以據說會形成排水和保水都好的土。
大學生物擾動，與土被「攪拌」的速度
生物攪拌土壤或沉積物的作用，稱為生物擾動（bioturbation）。在地形學中，會用與熱擴散形式相同的算式（擴散方程式）來描述這種混合，用來估算斜坡上的土緩慢往下移動的速度。也有研究使用光釋光定年法（測量土粒最後一次曬到陽光之後經過的時間），調查土在上下之間以多快的速度換位。
📖 算式的推導與更進階的內容：生物擾動（維基百科） ／ 蚯蚓（維基百科）
研究目前還不清楚的事
- 蚯蚓是加速暖化，還是抑制暖化？ 牠們一方面會把有機物封存到土的深處，另一方面也會加速分解而釋出二氧化碳等氣體。兩者相抵之後的評價，研究仍在持續。
- 外來蚯蚓正在改變森林。 據報告，在北美洲的部分森林，原本沒有蚯蚓的地方，外來蚯蚓擴散開來，落葉層變薄，對花草和其他生物造成了影響。
- 土以多快的速度換位？ 據說會因地點、氣候和蚯蚓種類而差上好幾個數量級，目前正利用定年法進行實測。
也就是說，本文的內容也只是「就目前所知範圍內的說明」。「一年2毫米」這個數字，請當作以達爾文的估算為基礎的參考值。
與課本的關聯（依程度分類）
| 程度 | 科目・單元 | 本文對應處 |
|---|---|---|
| 國中 | 理化「自然界的平衡」（分解者）・「密度」 | 蚯蚓分解落葉與土的作用、用算式驗證 |
| 高中 | 基礎生物「生態系與物質循環」 | 土中碳和氮的循環 |
| 高中＋ | 基礎地球科學・農業科目進階（土壤） | 團粒構造與孔隙率 |
| 大學 | 土壤學・地形學 | 生物擾動、擴散方程式、光釋光定年法 |
| 研究 | 土壤生態學・氣候變遷 | 蚯蚓與暖化、外來蚯蚓 |
| ― | 與生活的關聯 | 庭院和田地的土壤改良、保留落葉的意義、遺跡被掩埋的原因 |
- 查爾斯・達爾文《蚯蚓與土》（『ミミズと土』，原著 1881年。收錄牧草地土量與石灰層的觀察）
- C. A. Edwards, P. J. Bohlen, Biology and Ecology of Earthworms, 3rd ed., Chapman & Hall, 1996
- 中村好男『ミミズと土と有機農業』（《蚯蚓、土壤與有機農業》），創森社
- 維基百科「生物擾動」
- 維基百科「蚯蚓」
※本文是為一般讀者撰寫的科學解說。文中的數值是為了幫助理解原理的參考值與概算。蚯蚓的數量和被運送的土量，會因土地、氣候和季節而有很大的差異。