北美土壤健康监测评估项目（NAPESHM）

导  读

2050年全球100亿人的粮食安全问题和气候变化对其的严峻威胁，取决于我们现在每天的决策。2020年春天世界粮食主要产区面临的严重干旱，因为干旱和农田裸露土壤造成的严重沙尘暴再次席卷北美大平原和中国北部。同时，北美五月飘雪，对刚刚播种的大豆是一击重拳。科技创新的同时，似乎农业还是在靠天吃饭。如何做到保证粮食安全？“藏粮于地”是最恰当的答案，答案就在我们脚下。土壤不仅可以生产粮食，也能帮助我们应对气候变化对粮食安全的威胁。只有正确地管理农田土壤，也才有“藏粮于技”科技创新的用武之地，才有2050年的粮食安全。（李颖）

论文引用

NorrisCharlotte E, Mac BeanG, CappellazziShannon B, CopeMichael, GreubKelsey LH, LiptzinDaniel, . . . HoneycuttC Wayne. (2020年March月18日). Introducing the North American project to evaluate soil health measurements. Agronomy Journal, 1-21.

编译：谭金宜、李颖（大自然保护协会）

土壤为我们提供食物、纤维和燃料等生态系统服务，组成水和营养循环，支持生物多样性，减缓和适应气候变化等方面发挥着至关重要的作用。农业用地的全球性压力往往来源于人为因素，比如人为造成的气候变化，水土流失，土地利用变化等。因此当下的问题是如何在这些挑战下最好的管理农业用地，以增强气候变化下土地利用的可持续性和弹性。

北美土壤健康测量评估项目由土壤健康研究所(Soil Health Institute)，土壤健康合作会(Soil Health Partnership) ，和大自然保护协会(The Nature Conservancy)共同完成。该项目的目标是为农业管理实践的评估确定广泛适用的土壤健康测量方法，从而改善土壤健康。该项目在120个长期农业研究点（从中北部加拿大到墨西哥南部）选择了20多个指标进行评估。评估的指标既包含常用的土壤标准测量方法，也有可见和近红外反射光谱、智能手机应用和宏基因组学等新技术。在选定地点使用一致的采样和分析方法分析土壤健康指标，并建立数据库。这些数据有助于我们更好地了解土地使用和管理是如何影响土壤生态系统对农业生物量生产和水资源的配给，以及对营养物质和碳循环的影响。

核心理念

1.确定分析土壤的评估手段；

2.确定长期土壤健康农业管理研究试验；

3.北美范围内考虑固有的土壤特性和气候条件的土壤采样策略；

4.将土壤性质和管理历史与生态系统服务联系起来的优化方法。

土壤健康 (Soil Health)

土壤健康有很多种定义，其中美国农业部自然资源保护署(USDA-NRCS)将其定义为“土壤作为重要的生态系统，可维持动植物和人类生命的持续能力”。促进和保持土壤健康面临众多挑战：

首先是确定对特定土壤的价值或者需求。土壤提供许多生态系统服务，但并非所有的土壤都能同时平等地提供所有服务。当谈到土壤健康时，我们特别提到农业土壤健康，因为它涉及到粮食生产、供水和调节、营养物质和碳循环等生态系统服务。评估土壤健康，不仅评估土壤的非农功能，还通过农场土壤的粮食生产功能来进行评估，在农业土壤中，我们要权衡粮食生产和其他生态系统服务。

其次是理解土壤支持所需服务的能力或内在能力，对特定的土壤及其服务确定“健康”的标准是什么。土壤的个体功能与土壤的固有属性和其所在位置有关，因此土壤的健康状况需要参照参考状态来评估。固有土壤属性的多样性导致了在传播土壤健康信息时的模糊性，尤其是在管理实践方面。术语的缺乏混淆人们的理解，也使研究人员面临挑战，即如何为农民和决策者确定可靠和有力的措施，促进土壤健康，促进农业和环境可持续发展。

目前评估土壤健康的三种工具

土壤健康管理评估框架 (Soil Health Management Assessment Framework)，哈尼土壤实验(Haney Soil Test)和康奈尔的土壤健康综合评估 (Cornell’s Comprehensive Assessment of Soil Health)。这三种土壤健康工具在收集、分析、解释和培养可持续农业管理实践的理念方面都很有价值，但其应用性、易用性和这些指标的范围需要结合实地条件进行优化。

本项目土壤健康评估指标

1. 土壤物理性质的测定

土壤颗粒大小分析、团聚体稳定性、田间持水量、永久凋萎点、容积密度、饱和导水率等

2. 土壤化学性质的测定

土壤酸碱性 (pH)、 电导率 (EC)、阳离子交换能力 (CEC)和有效土壤养分等

3. 土壤生物进程的测定

通过定量胞外酶活性间接评估土壤碳、营养物质等循环

4. 土壤微生物群落的测定

磷脂脂肪酸生物标记技术 (PLFAs)用于测量土壤微生物群落数量及组成；

此次评估项目采纳了三种基因组工具：16S rRNA扩增子测序，转录间隔区扩增子测序和宏基因组测序。

5. 土壤物理、化学和生物特性的综合测量

近红外传感技术：可见光和近红外漫反射光谱，是一种快速、无损的方法，可间接同时测量大量土壤样品。

试验点的选择及位置

北美土壤健康测量评估项目总共选择了来自北美的120个长期试验点（图1），所选试验点包括六种不同的土壤等级，具有不同的固有特性和土地管理方法。

地点选择采用了7个标准：

1. 物理干扰（如耕作、侵蚀或放牧等）

2. 覆盖作物（如谷物、豆类或混合作物)

3. 作物多样性（如轮作或牧草物种多样性)

4. 营养管理（如加入不同的修订)

5. 水分管理

6. 地理位置及多样性

7. 作为国家网络的一部分

阶段性成果

北美土壤健康测量评估项目的第一个目标-建立土壤档案-已经完成，由2029个长期试验点的土壤样本组成的土壤档案囊括了一系列气候、管理实践和固有土壤属性（图2）。

这些试验点分布在较大的地理区域，代表了不同的空间生长条件。种植谷类作物的试验点是最常见的，但蔬菜作物和放牧作业的试验点也被取样。最关键的是在试点单位中获得的土壤颗粒大小分布的多样性（图3），这种固有的土壤属性，被认为是农田管理对土壤健康影响程度的决定因素。

图片 1. 北美土壤健康测量评估项目120个长期实验点

图片 2. 北美土壤健康测量评估项目所涉及的土壤类型、作物类型和管理实践的频率计数

图片 3. 北美土壤健康测量评估项目部分分析结果：2029个深度为15厘米的土壤样本中1722个样本的土壤颗粒大小分析结果。

未来展望

北美土壤健康测量评估项目将报告关于土壤发生、位置、气候和管理历史对土壤健康影响的基线数据。此外，该项目将确定更成熟和先进的土壤健康指标效用和灵敏度，以及土壤健康评价程序对其区分土壤健康差异的能力。项目的最终目标是为北美开发最佳的、全面的土壤健康评估方案，包括其不同地域的土壤健康测量、相关的规程和解释。

所有样本的实验室分析(基因组除外)将在野外活动开始后一年内完成，数据分析将在研究团队成立后2年内进行报告和发表。项目组将会通过上述分析进行所有数据的整合，希望通过结合土壤监测和分析来解决土壤健康的各个方面问题，而不是将土壤属性分离成物理、化学和生物学等离散单元。

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