农业种植制度对土壤健康的影响研究

导    读

以往对农业土壤健康的评价大多与土壤生态功能有关，这些生态功能与土壤养分、土壤结构等非生物特性相结合。近年来，土壤微生物等生物特性也被认为是影响土壤健康的重要因素。然而，对不同种植方式下土壤健康及其对人类社会的潜在反馈的系统研究还很有限。

来源：土壤健康与耕地可持续利用 公号（2021年2月18日）

01分享论文信息

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

译名：农业种植制度对土壤健康的影响研究

原文地址：

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

发表期刊：Global Ecology and Conservation

发表年份：2020年

通讯作者：Tony Yang

通讯作者单位：

Swift Current Research and Development Centre

02亮点

1、 介绍了土壤健康与质量的发展及土壤改良的内容；

2、阐明了不同耕作制度对土壤健康的影响；

3、讨论了土壤微生物对土壤微生物植物复合体内土壤健康的影响；

4、重点介绍了各种耕作制度下土壤健康评价的指标；

5、 讨论了种植做法引起的土壤退化问题。

03文章简介

以往对农业土壤健康的评价大多与土壤生态功能有关，这些生态功能与土壤养分、土壤结构等非生物特性相结合。近年来，土壤微生物等生物特性也被认为是影响土壤健康的重要因素。然而，对不同种植方式下土壤健康及其对人类社会的潜在反馈的系统研究还很有限。对此文章主要讨论研究了以下内容：1）农业系统中常见和新颖种植方式对土壤健康的影响；2）作物—微生物—土壤复合体的进化及其在农业压力下对土壤健康的生物化学机制；3）近几十年来农业系统中土壤质量和健康概念的变化以及目前用于评价土壤健康的关键指标；4）在农业生态系统中，土壤健康是如何影响各种种植方式的发展的。

04研究内容

（1）作物多样化

 新作物多样化与有益的交流能力的改善土壤生物可能是一个新的角度对提高农作物产量,改善土壤养分利用效率,并减少农业投入成本和人工化学应用的环境影响,从而导致更好的土壤健康和可持续农业生态系统。

（2）作物轮作

 轮作是管理农业生态系统生物多样性的一种传统而实用的方法，可以增强土壤健康，抑制病虫害爆发，从而提高产量。作物轮作的价值和效率取决于几个因素：作物类型用于旋转、旋转系列和某些作物的应用频率、旋转长度、农业历史农田和土壤特性。这些因素可以在许多方面影响土壤健康。例如，作物轮作可以通过破坏与特定作物或作物基因型相关的土传病原体的生命周期，为某些土壤功能微生物的生长提供更好的机会，限制病害压力。

（3）间作系统

 间作实践可以通过减少人工化学污染提高土壤健康，抑制土壤疾病，增加植物根功能，提高土壤养分和空间利用效率和促进土壤微生物。例如，在巴西伯南布哥，与单栽木薯相比，木薯与鸽豆和豆类间作可显著减少木薯的黑腐病，最多可减少50%。此外，间作土壤的有机碳等养分、微生物生物量和酶活性均高于单作土壤，且与病害严重程度下降相关。虽然空间植物多样性的增加通常与间作系统提高资源利用有关，但精心选择的作物品种间作可以获得实质性的环境效益。例如，禾本科植物在高氮有效性土壤中占主导地位，豆科植物因其与固氮细菌的共生关系而对土壤有利。然而，这些作物在间作系统中的生态影响和生物学功能尚不清楚，因为较高产量的间作系统不一定反映更好的土壤健康。例如，与单作相比，紫花苜蓿和鸡茅(dactylis glomerata)间作的总茎生物量显著增加，但N2O产量也有所增加，这表明了解这些间作设计的本质对维持土壤和环境健康至关重要。

05作物种植制度土壤健康评价指标

土壤是一种极其复杂的生物基质，其功能依赖于无数生活在高度复杂的土壤结构中的土壤生物，这些土壤结构可以随着种植制度的变化而变化。在任何情况下，评估土壤健康时，重要的是包括物理、化学和生物特性。理想情况下，土壤健康指标应与土壤过程相关，并能对管理和环境条件的变化作出反应。传统上，理化性质（质地、深度、容重、持水性、孔隙度、pH值、电导率、有机质、阳离子交换容量、养分含量）是土壤健康指标。土壤生物特性，特别是微生物特性，由于其生态相关性、快速响应、敏感性和整合各种环境因素的信息和响应的能力，正被越来越多地使用。

06全球种植制度导致的土壤退化

各种种植制度所包含众多的人为活动，如集约化耕作、化石燃料消耗、湿地排水、农业实践中使用重型设备、施肥和农药管理，是造成全球农业土壤退化的因素。其他影响，如水侵蚀、风侵蚀、泥炭和矿质土壤中有机物的下降、盐碱化及生物多样性的下降等也威胁着土壤健康。土壤退化是威胁我们生存和福祉的最严重的社会经济和环境问题之一，主要从粮食安全和安全方面分析。特别是农业土壤不同种植制度下，土壤退化是环境和社会经济问题，必须迫切、负责任的和详尽的解决。因此，可持续的和具有成本效益的措施防止土壤退化和退化土壤的恢复必须及时实现最小化多方面的消极的社会、经济和环境与土壤退化相关的后果，减少他们的能力有着重要的作用，提供关键的可持续的生态系统服务。

07研究结论

文章讨论完善了土壤健康的内容，并结合种土壤健康卫生和质量指标（如土壤理化性质、土壤微生物状态和耕作实践）开发了新的农业生态系统土壤健康评价标准，用于评估和指导土壤和作物管理的决策。文章认为加强土壤健康评估的科学基础是开发量化土壤生物特性和过程（如基因组测序和绘图）的新工具和方法的基础。未来促进土壤健康评价的机会包括开发能有效估计生物和非生物指标（如土壤有效碳、土壤容重、pH值、土壤含水量和土壤微生物活动）的环境传感器。这些方法和技术将大大促进土壤健康评估，并提高我们可持续优化土壤健康和质量的能力。全球土壤生物学的进步、新的IT技术以及解释和总结不同环境条件下土壤健康指标数据的元数据分析技术，将为可持续土地管理提供更可靠的指导，有助于缓解和防止全球土壤退化。

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