评估农业土壤多功能性：减少生物多样性权衡
转载自土壤健康与耕地可持续利用公号（2021年7月22日）
01
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原名：Assessing multifunctionality of agricultural soils: Reducing the biodiversity trade-off
译名：评估农业土壤多功能性：减少生物多样性权衡
原文地址：https://doi.org/10.1111/ejss.13019
发表期刊：European Journal of Soil Science
发表年份：2020年
通讯作者：Carmen Vazquez
通讯作者单位：Soil Biology Group, Wageningen University and Research, The Netherlands
02
亮点
①研究土壤如何能够提供初级生产力、养分循环和生物多样性。
②研究土壤功能之间的权衡和协同作用，以及这些关系的驱动因素。
③土壤生物多样性在很大程度上牺牲了初级生产力和养分循环。
④农药和肥料管理的变化可以增加土壤的多功能。
03
文章简介
土壤对于提供几种功能是必不可少的。由于养分负荷增加、温室气体排放和生物多样性下降，农业集约化及其注重提高初级生产力对土壤质量构成威胁。欧盟Horizon 2020 Landmark项目开发了多标准决策模型，以评估五种土壤功能：初级生产力（PP）、养分循环(NC)、土壤生物多样性和生境提供(B-HP)、气候缓解和水资源调控，同时在农业领域。利用这些算法，对31个草地和21个农田的PP、NC和B-HP的供给进行了低、中、高的评价。多指标决策模型表明，38%的农田具有中到高的三种土壤功能，而只有一块农田对这三种土壤功能都有较高的供给。48%的农场的特点是大量的PP和NC供应。研究观察到这两种功能与B-HP之间存在着明显的权衡，多因素统计分析表明，较高的有机投入与较低的矿物施肥相一致，生物多样性得分较高，同时保持了PP和NC的中等传递。此外，研究还将模型预测的结果与作为土壤功能代表的自变量进行了比较，发现：(A)PP高的农田(而不是草地)的标准化产量高于中等PP的；(B)NC较高的草地(而不是农田)的真菌与细菌生物量的比值显著降低，表明分解途径较快；(C)B-HP评分与土壤无脊椎动物生物多样性排序之间存在正向趋势，但不显著。这些比较表明，模型从田块推广到农场尺度是成功的。研究强调有必要有系统地收集与管理有关的数据，以评估土壤功能。农业土壤可以实现多功能；然而，如果不对其进行具体管理，生物多样性可能会受到损失。
04
研究方法
① 土壤功能评估
首先(A)收集必要的数据，使用(B)决策支持系统计算土壤功能。由于研究所获得的数据大多在农场尺度，而决策支持系统则设计田块尺度使用，因此(C)不得不将模型从一个农田调整到另一个农场。通过选取各土壤功能的相关指标，并将其与调整后的决策支持系统的得分进行比较，检验了模型调整的成功与否。所有统计分析都使用R版本3.6.1。
②决策支持系统
使用了由Landmark项目设计的MCDM，作为欧盟Horizon 2020的一部分。最初的模型是由每一种土壤功能的专家开发的，并得到了进一步的评估和验证。专家们建立了一个层次模型，从与管理、环境和土壤性质有关的定性输入变量开始，建立最终的功能评分(低、中或高供应)。这些变量的离散化是在运行模型之前根据一组适合不同土地用途和气候区域的阈值进行的。
③土壤多功能
研究为每个土壤功能(PP、NC和B-HP)的低、中、高分绘制了频度图，并评估了所有三种、两种、一种或无一种功能的高和低供应农场的数量。
④土壤功能权衡与协同
为了了解PP、NC和B-HP之间的协同作用和权衡，研究使用频率图观察了低、中或高供应分数的站点之间的重叠。还研究了功能往往在高或低水平一起提供的频率。
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研究结果
只有两个草地同时在两个功能上表现不佳，研究的31个草原中，有29个同时在中等或高等水平上提供了两个或多个功能，而所有的农田都提供了两个或两个以上的功能。此外，没有一个农场的三项功能都供应不足。18片草地和18块农田的PP值较高(分别为58%和86%)。52个农场中只有3个(6%)的PP供应不足。在52个站点中，有7个(13%)显示出较低的nc值，而46%的农场呈现较低的b-hp值(数字)。在草地和农田中，低、中、高NC农场的比例相似。
高分PP分数与12种草地（39％）和13种农田（62％）的高NC共同发生，但只有一个草地和三个农作物同时都有高B-HP和高PP。
06
研究结论
荷兰农场的土壤具有多功能的潜力，大多数农场在三种功能中有两种具有中等或高容量。这些模型预测了生物多样性和栖息地供应以及初级生产力和养分循环之间的权衡。在模型预测中，与农药使用以及矿物和有机氮施肥量有关的管理相关变量被认为是非常重要的，并解释了农田和草原的部分协同效应和权衡，土壤参数可以通过改善土壤管理(如土壤有机质)来改变，对于增加B-HP的交付也很重要。提供激励措施，使可持续做法对农民的风险降低，可能是在同时提供多种土壤功能的同时保持B-HP的提供方面向前迈出的一步。
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