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(jià)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(rèn)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(diǎn)

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(diǎn)介紹了各種耕作制度下土壤健康評價(jià)的指標(biāo)；

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(jià)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(rèn)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(jìn)化及其在農(nóng)業(yè)壓力下對土壤健康的生物化學(xué)機(jī)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(jià)土壤健康的關(guān)鍵指標(biāo)；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(gè)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(shí)用的方法，可以增強(qiáng)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(jià)值和效率取決于幾個(gè)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(jī)會，限制病害壓力。

（3）間作系統(tǒng)

間作實(shí)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(jìn)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(jī)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(yán)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(shí)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(xì)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?yàn)檩^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(jì)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(jià)指標(biāo)

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(shí)，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(biāo)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(jī)質(zhì)、陽離子交換容量、養(yǎng)分含量）是土壤健康指標(biāo)。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(shí)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(jī)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(yán)重的社會經(jīng)濟(jì)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(jì)問題，必須迫切、負(fù)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(shí)實(shí)現(xiàn)最小化多方面的消極的社會、經(jīng)濟(jì)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(biāo)（如土壤理化性質(zhì)、土壤微生物狀態(tài)和耕作實(shí)踐）開發(fā)了新的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)土壤健康評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，用于評估和指導(dǎo)土壤和作物管理的決策。文章認(rèn)為加強(qiáng)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(jìn)土壤健康評價(jià)的機(jī)會包括開發(fā)能有效估計(jì)生物和非生物指標(biāo)（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(jìn)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(jìn)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(biāo)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