農(nóng)業(yè)種植制度對土壤健康的影響研究

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以往對農(nóng)業(yè)土壤健康的評價大多與土壤生態(tài)功能有關(guān)，這些生態(tài)功能與土壤養(yǎng)分、土壤結(jié)構(gòu)等非生物特性相結(jié)合。近年來，土壤微生物等生物特性也被認為是影響土壤健康的重要因素。然而，對不同種植方式下土壤健康及其對人類社會的潛在反饋的系統(tǒng)研究還很有限。

來源：土壤健康與耕地可持續(xù)利用 公號（2021年2月18日）

01分享論文信息

原名：Cropping systems in agriculture and their impact on soil health-A review

譯名：農(nóng)業(yè)種植制度對土壤健康的影響研究

原文地址：

https://doi.org/10.1016/j.gecco.2020.e01118

發(fā)表期刊：Global Ecology and Conservation

發(fā)表年份：2020年

通訊作者：Tony Yang

通訊作者單位：Swift Current Research and Development Centre

02亮點

1、 介紹了土壤健康與質(zhì)量的發(fā)展及土壤改良的內(nèi)容；

2、闡明了不同耕作制度對土壤健康的影響；

3、討論了土壤微生物對土壤微生物植物復(fù)合體內(nèi)土壤健康的影響；

4、重點介紹了各種耕作制度下土壤健康評價的指標；

5、 討論了種植做法引起的土壤退化問題。

03文章簡介

以往對農(nóng)業(yè)土壤健康的評價大多與土壤生態(tài)功能有關(guān)，這些生態(tài)功能與土壤養(yǎng)分、土壤結(jié)構(gòu)等非生物特性相結(jié)合。近年來，土壤微生物等生物特性也被認為是影響土壤健康的重要因素。然而，對不同種植方式下土壤健康及其對人類社會的潛在反饋的系統(tǒng)研究還很有限。對此文章主要討論研究了以下內(nèi)容：1）農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中常見和新穎種植方式對土壤健康的影響；2）作物—微生物—土壤復(fù)合體的進化及其在農(nóng)業(yè)壓力下對土壤健康的生物化學(xué)機制；3）近幾十年來農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中土壤質(zhì)量和健康概念的變化以及目前用于評價土壤健康的關(guān)鍵指標；4）在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，土壤健康是如何影響各種種植方式的發(fā)展的。

04研究內(nèi)容

（1）作物多樣化

新作物多樣化與有益的交流能力的改善土壤生物可能是一個新的角度對提高農(nóng)作物產(chǎn)量,改善土壤養(yǎng)分利用效率,并減少農(nóng)業(yè)投入成本和人工化學(xué)應(yīng)用的環(huán)境影響,從而導(dǎo)致更好的土壤健康和可持續(xù)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。

（2）作物輪作

輪作是管理農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性的一種傳統(tǒng)而實用的方法，可以增強土壤健康，抑制病蟲害爆發(fā)，從而提高產(chǎn)量。作物輪作的價值和效率取決于幾個因素：作物類型用于旋轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)系列和某些作物的應(yīng)用頻率、旋轉(zhuǎn)長度、農(nóng)業(yè)歷史農(nóng)田和土壤特性。這些因素可以在許多方面影響土壤健康。例如，作物輪作可以通過破壞與特定作物或作物基因型相關(guān)的土傳病原體的生命周期，為某些土壤功能微生物的生長提供更好的機會，限制病害壓力。

（3）間作系統(tǒng)

間作實踐可以通過減少人工化學(xué)污染提高土壤健康，抑制土壤疾病，增加植物根功能，提高土壤養(yǎng)分和空間利用效率和促進土壤微生物。例如，在巴西伯南布哥，與單栽木薯相比，木薯與鴿豆和豆類間作可顯著減少木薯的黑腐病，最多可減少50%。此外，間作土壤的有機碳等養(yǎng)分、微生物生物量和酶活性均高于單作土壤，且與病害嚴重程度下降相關(guān)。雖然空間植物多樣性的增加通常與間作系統(tǒng)提高資源利用有關(guān)，但精心選擇的作物品種間作可以獲得實質(zhì)性的環(huán)境效益。例如，禾本科植物在高氮有效性土壤中占主導(dǎo)地位，豆科植物因其與固氮細菌的共生關(guān)系而對土壤有利。然而，這些作物在間作系統(tǒng)中的生態(tài)影響和生物學(xué)功能尚不清楚，因為較高產(chǎn)量的間作系統(tǒng)不一定反映更好的土壤健康。例如，與單作相比，紫花苜蓿和雞茅(dactylis glomerata)間作的總莖生物量顯著增加，但N2O產(chǎn)量也有所增加，這表明了解這些間作設(shè)計的本質(zhì)對維持土壤和環(huán)境健康至關(guān)重要。

05作物種植制度土壤健康評價指標

土壤是一種極其復(fù)雜的生物基質(zhì)，其功能依賴于無數(shù)生活在高度復(fù)雜的土壤結(jié)構(gòu)中的土壤生物，這些土壤結(jié)構(gòu)可以隨著種植制度的變化而變化。在任何情況下，評估土壤健康時，重要的是包括物理、化學(xué)和生物特性。理想情況下，土壤健康指標應(yīng)與土壤過程相關(guān)，并能對管理和環(huán)境條件的變化作出反應(yīng)。傳統(tǒng)上，理化性質(zhì)（質(zhì)地、深度、容重、持水性、孔隙度、pH值、電導(dǎo)率、有機質(zhì)、陽離子交換容量、養(yǎng)分含量）是土壤健康指標。土壤生物特性，特別是微生物特性，由于其生態(tài)相關(guān)性、快速響應(yīng)、敏感性和整合各種環(huán)境因素的信息和響應(yīng)的能力，正被越來越多地使用。

06全球種植制度導(dǎo)致的土壤退化

各種種植制度所包含眾多的人為活動，如集約化耕作、化石燃料消耗、濕地排水、農(nóng)業(yè)實踐中使用重型設(shè)備、施肥和農(nóng)藥管理，是造成全球農(nóng)業(yè)土壤退化的因素。其他影響，如水侵蝕、風(fēng)侵蝕、泥炭和礦質(zhì)土壤中有機物的下降、鹽堿化及生物多樣性的下降等也威脅著土壤健康。土壤退化是威脅我們生存和福祉的最嚴重的社會經(jīng)濟和環(huán)境問題之一，主要從糧食安全和安全方面分析。特別是農(nóng)業(yè)土壤不同種植制度下，土壤退化是環(huán)境和社會經(jīng)濟問題，必須迫切、負責(zé)任的和詳盡的解決。因此，可持續(xù)的和具有成本效益的措施防止土壤退化和退化土壤的恢復(fù)必須及時實現(xiàn)最小化多方面的消極的社會、經(jīng)濟和環(huán)境與土壤退化相關(guān)的后果，減少他們的能力有著重要的作用，提供關(guān)鍵的可持續(xù)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。

07研究結(jié)論

文章討論完善了土壤健康的內(nèi)容，并結(jié)合種土壤健康衛(wèi)生和質(zhì)量指標（如土壤理化性質(zhì)、土壤微生物狀態(tài)和耕作實踐）開發(fā)了新的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)土壤健康評價標準，用于評估和指導(dǎo)土壤和作物管理的決策。文章認為加強土壤健康評估的科學(xué)基礎(chǔ)是開發(fā)量化土壤生物特性和過程（如基因組測序和繪圖）的新工具和方法的基礎(chǔ)。未來促進土壤健康評價的機會包括開發(fā)能有效估計生物和非生物指標（如土壤有效碳、土壤容重、pH值、土壤含水量和土壤微生物活動）的環(huán)境傳感器。這些方法和技術(shù)將大大促進土壤健康評估，并提高我們可持續(xù)優(yōu)化土壤健康和質(zhì)量的能力。全球土壤生物學(xué)的進步、新的IT技術(shù)以及解釋和總結(jié)不同環(huán)境條件下土壤健康指標數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)分析技術(shù)，將為可持續(xù)土地管理提供更可靠的指導(dǎo)，有助于緩解和防止全球土壤退化。

文章來源：土壤觀察