评价农业管理措施的新型土壤生物指标|FASE专辑

导  读

土壤生物指标和有机碳的表征是土壤质量指标的发展趋势。本文分析了土壤生物指标和化学性状作为新的土壤质量指标的适宜性。

来源：农业科学与工程前沿公号（2020年8月6日）

健康土壤，健康食品

Healthy Soil for Healthy Food

专 辑 文 章 介 绍

 · 第二篇 · 

▎论文ID

Novel soil quality indicators for the evaluation of agricultural management practices: a biological perspective

评价农业管理措施的新型土壤生物指标

期  刊：Frontiers of Agricultural Science and Engineering（FASE）

作  者 :  Giulia BONGIORNO

通讯作者 : Giulia BONGIORNO

Soil Biology Group, Wageningen University and Research, 6700 AA Wageningen, The Netherlands.

Department of Soil Science, Research Institute of Organic Agriculture (FiBL), Ackerstrasse 113, 5070 Frick, Switzerland.

 : [e-mail]

  Cite this article :  

Giulia BONGIORNO. Novel soil quality indicators for the evaluation of agricultural management practices: a biological perspective[J]. Front. Agr. Sci. Eng. , 2020, 7(3): 257-274.    

 · 文 章 摘 要 · 

土壤生物指标和有机碳的表征是土壤质量指标的发展趋势。本文分析了土壤生物指标和化学性状作为新的土壤质量指标的适宜性。本文选取了多种指标：活性有机碳组分（亲水溶解有机碳、溶解有机碳、高锰酸盐可氧化碳(POXC)、热水可提取碳和颗粒有机物碳）、土壤抑病性、线虫群落、微生物群落水平的生理特性等。在欧洲10个长期定位试验(LTES)上，研究了各个指标对耕作和有机质添加的敏感性。发现免耕提高了土壤有机碳的有效性、土壤的抑病性、线虫的丰富度和多样性、食物网的稳定性和成熟度，以及微生物的活性和功能多样性。有机质添加对土壤质量的影响较小，可能与投入的有机质组分不同有关。POXC是区分不同土壤管理措施的最佳指标，其次是线虫群落。结构方程表明，POXC在养分保持/供应、碳固定、生物多样性保护、侵蚀控制和疾病调控/抑制中起着重要作用。

关键词：活性碳库（Labile carbon），长期定位试验，有机质添加，土壤生物指标，耕作。

 · 文 章 亮 点 · 

1. 基于欧洲10个长期定位试验的研究，发现新的土壤质量指标对不同农业管理措施较敏感。

2. 不稳定性碳对于土壤管理措施的敏感性最高，其次是土壤线虫。

3. 土壤健康生物指标在土壤质量评价，以及农业管理措施中具有重要的作用。

 · 文 章 图 表 · 

图1：新土壤质量指标(橙色)、土壤过程和生态系统服务(ES)之间的联系。

图2：随机森林分析表示新的土壤质量指标在区分不同土壤管理措施(即CT-低OM、CT-高OM、RT-低OM和RT-高OM)方面的重要性(精度平均百分比下降)。CT，常规耕作；RT，少耕；OM，有机质；POXC，高锰酸盐可氧化碳；HWEC，热水可氧化碳；POMC，颗粒有机物碳；DOC，溶解有机碳；SI，结构指数；Hy-DOC，亲水性溶解有机碳；EI，富集指数；MSIR多基质诱导呼吸；MI，成熟度指数；OTU，可操作分类单位；CLPP，群落水平生理剖面。

图3：通过冗余分析(RDA)表示土壤质地对(A)重质地(粘土+细粉粒>50%；n=42)和(B)轻质土(粘土+细粉粒<50%；n=59)样品新土壤质量指标的影响。以红色表示的土壤质量指标与任一RDA轴在p£0.001处具有显着相关性。CT-低，常规耕作和低有机质投入；CT-高，常规耕作和高有机质投入；RT-低，免耕和低有机质投入；RT-高，免耕和高有机质投入；OTU，可操作分类单位；POMC，颗粒有机碳；HWEC，热水可提取碳；POXC，高锰酸盐可氧化碳；Hy-DOC，亲水性溶解有机碳；DOC，溶解有机碳；MI，线虫富集指数。

图4：结构方程模型(SEM)显示了POXC作为各种生态系统服务的预测因子的中心作用，这些服务被放置在SEM框架外的彩色方框中。SEM框架内的白框表示测量变量，箭头表示属性之间的单向关系。方框边框的颜色代表它们所指示的生态系统服务。白色和黑色箭头分别表示正关系和负关系。箭头边的数字表示标准化效果大小，其强度与箭头的宽度成比例。靠近响应变量框的数字是Rm2(边际决定系数)和Rc2(条件决定系数)。指出了赤池信息准则(AIC)、修正的赤池信息准则(AICC)、Fisher卡方(Fisher X2)、试验的p值(P)、自由度(DF)和观测次数(N)。POXC, 高锰酸盐可氧化碳;Carbon，碳库存; OTU, 操作分类单元。Op≤0.1，*p≤0.05，**p≤0.01，***p≤0.001。

表1：在欧洲项目“欧洲和中国农业生产力和环境复原力的土壤质量互动评估”(ISQAPER)框架中测量并用于本研究确定化学、物理和生物土壤质量指标的方法。

表2：重质地和轻质地土壤两个RDA轴上新土壤质量指标的RDA评分、皮尔逊相关系数(r)和相关p值。

表3：新土壤质量指标的优缺点。

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▎下篇预告

A review of soil nematodes as biological indicators for the assessment of soil health

土壤线虫作为土壤健康评价的生物指标

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