土壤健康:提升生态农产品供给能力的根本

生态优先、绿色发展已成为时代主题,生态产品消费也日益成为新时尚、新趋势。生态农产品消费需求与供给能力不足的矛盾是新时代社会主要矛盾在农业领域的突出表现。实现农业绿色发展是提升生态农产品供给能力的有效途径,其核心之一是耕地土壤健康。土壤健康的内涵特征体现在土壤微生态系统充满活力、富有营养、具有韧性和功能完善等方面。实现土壤健康需要全面提升全社会对土壤健康重要性的认知水平、全面开展土壤健康状况的摸底普查、激发农业生产经营主体参与的积极性、确保技术的区域适宜性及有效性以及构建政策制度体系。为此,需要从加强顶层设计、实施普查评价、依靠机制创新、推动技术创新和完善制度体系等方面,寻找实现土壤健康的推进策略。

不同轮作模式通过改善西兰花土壤养分和真菌群落在土壤健康中的应用

为解决耕地资源利用与管理的不合理因素导致的肥力下降,质量退化等土壤健康问题;通过田间试验,研究不同轮作模式下种植西兰花后对土壤养分,真菌群落结构和多样性的影响。以不同轮作模式后西兰花根际土壤为研究对象,测定并分析土壤化学性质、酶活性,Illumina MiSeq高通量测序技术分析真菌群落结构及多样性在6种轮作模式:西兰花分别与谷子、洋葱、大豆、马铃薯、大葱进行轮作,以西兰花连作为对照。西兰花连作(BB)、谷西轮作(MB)、洋西轮作(OB)、豆西轮作(SB)、马西轮作(PB)、葱西轮作(GB)的变化。结果表明:相较于西兰花连作,轮作后各处理土壤根际化学性质差异明显,pH无明显差异,处理MB化学性质均有明显的增加。Alpha多样性分析下,较处理BB,其他处理的Chao1指数和观察到的物种数指数都显示上升趋势,而辛普森指数则呈下降趋势。至于香农指数和Pielou’s evenness指数表现为SB<GB<MB<BB<PB<OB。真菌群落丰度和组成结果显示,优势菌群有油壶菌群、子囊菌门、被孢菌群、毛壳菌属。相关性分析表明全磷、硝态氮是影响土壤有益菌的主要因素。综合比较后,谷子轮作西兰花可明显优化土壤化学性质,增强酶活性,以及提升有益微生物群落的丰度和多样性,从而增强土壤养分的调节和植物病害的抵抗性,在各方面指标中都表现为最佳,能有效缓解西兰花的连作和改善土壤健康问题,建议推广种植。

绿肥内源驱动土壤健康的作用与机制

我国高度重视农田土壤退化等问题,但管控技术与路径的成效有限。综合农耕历史实践和当代大量研究成果,我们认为发展绿肥制度是破解我国农田土壤退化等问题的关键技术,并由此提出“绿肥内源驱动土壤健康”的观点。其主要内涵为:绿肥是植入生产制度,通过其自身的生命活动,活化、固定环境养分并予以归还,为农田输入有机物,全方位深层次调节土壤性状。可见绿肥与其他外源有机(类)肥料具有本质区别,即,绿肥具有内源驱动土壤健康的机制。绿肥制度有明显的“有机、生命”特征,能够内源驱动土壤-环境养分循环,土壤结构改善,生物性状优化。这些作用主要体现在:1)高有机转化驱动农田土壤有机碳更新与碳固存;2)共生固氮作用和激活土壤自身固氮补充农田氮素;3)对土壤氮素的吸收、截留、转化驱动土壤氮素循环;4)活化、利用与转化土壤磷钾及中微量元素;5)生物耕作效应驱动土壤结构改善;6)强化有机物质及养分循环改善土壤生物结构和功能。因此,有必要构建基于绿肥的“养地制度+无机+有机”三结合的农田投入新路径。新路径将为破解当前我国农田土壤退化、农田面源污染等重大难题提供可行方案,并蕴含着一系列重大科学和技术问题。我国农区发展绿肥的潜力面积每年约为3340万hm2,完全有条件构建这个具有中国特色的三结合路径。

土壤微生物影响土壤健康的作用机制研究进展

土壤健康是农业可持续发展的中心主题。土壤微生物参与土壤生态功能、环境功能和免疫功能协同驱动土壤生命系统运转,是维持土壤健康的核心与关键。了解不同微生物介导的土壤健康调控机制对有效利用这些核心微生物维持和改善土壤健康至关重要。本文围绕微生物参与调节土壤碳循环、养分循环,改变土壤结构、抑制植物病虫害、污染控制等主要生物过程系统梳理了微生物在调控土壤健康中的重要作用,以及微生物作为土壤健康的敏感指标对土壤健康的指示与预警作用。强调未来应加强驱动土壤健康特定功能以及多个生物过程的核心微生物组信息数据库挖掘、构建与生产应用研究,为定向利用微生物改善农业土壤生态系统功能、维持土壤健康以及保障土壤可持续发展提供科学依据。

农田土壤健康评价体系构建的若干思考

健康土壤是保障粮食安全、耕地产能提升和农业高质量发展的基础。目前土壤健康评价已成为全球土壤学领域研究的焦点和热点,国内外学者对于土壤健康评价方法及指标的选择进行了系统总结,然而缺乏具体评价过程中的实操性建议。本文重点剖析了土壤健康的特点与多功能性、评价的通用原则、指标选择的n+X模式及评价方法的选择与落地实现,提出了土壤健康差与基准值、基础指标和约束性指标的选择及指标选择的制宜性,明确了土壤健康指标体系建立需要考虑土壤质地、作物类型、土地利用方式、气候条件等因素,建议土壤健康技术和模式落地实现需要与相关政策结合。未来需要继续开展土壤健康驱动机制和健康土壤培育机理研究;基于长期定位试验和耕地质量长期监测网点,构建基于土壤质地、作物类型、土地利用、管理目标和评价尺度的指标体系和阈值、数据库和决策支持系统;结合相关政策和区域环境的约束性,形成跨区域、跨国家的共识、公约和行动,推动全球土壤健康行动落地和农业可持续发展。

基于最小数据集的集约化葡萄园土壤健康评价

健康土壤是生产高产优质葡萄的基础,目前葡萄园不合理管理导致果园土壤生产力下降和生态失衡。为摸清集约化葡萄园土壤健康状况,该研究以河北省曲周县典型葡萄园为研究对象,通过测定20项土壤物理、化学和生物学指标,利用主成分分析法构建最小数据集,开展土壤健康评价并揭示葡萄园存在的主要障碍因子。结果表明,集约化葡萄园土壤健康评价最小数据集由有机碳、亚表层土壤硬度、交换性钠、容重、含水率和水稳性团聚体6个指标构成。利用线性和非线性评分函数,基于全数据集和最小数据集计算的土壤健康指数间呈显著正相关(P<0.01),这说明最小数据集可以代替全数据集用于葡萄园土壤健康评价。基于最小数据集,利用线性和非线性评分函数获得的葡萄园土壤健康指数范围分别为0.39~0.59和0.36~0.66,平均值分别为0.52和0.51,处于中等水平。不同树龄葡萄土壤健康指数差异不显著(P>0.05)。集约化葡萄园土壤障碍因子主要有土壤压实、养分不平衡和有机碳含量低等问题。通过适当减少田间管理频率,结合增施(生物)有机肥、种植覆盖作物和养分综合管理能有效消减土壤障碍因子,提升葡萄园土壤健康水平,促进当地葡萄产业可持续发展。

基于长期定位试验的土壤健康研究与展望

土壤健康是农业可持续发展的根基,是保障国家粮食安全和落实“藏粮于地”战略的重大需求。长期定位试验时空覆盖面广、数据丰富、施肥管理措施多样,对于土壤健康的研究和健康土壤的培育是难得的宝贵平台。本文在总结土壤健康的内涵及指标体系与我国长期定位试验布局情况的基础上,系统梳理了基于长期定位试验的作物产量演变及高产稳产性、土壤有机质演变及其与产量的关系、土壤pH演变及生物多样性演变等耕地质量和土壤健康方面的研究进展,并提出了基于长期定位试验的土壤健康研究展望,包括建立因地制宜的土壤健康指标及评价体系,深入解析土壤健康演变的规律和驱动机制与发展健康土壤培育技术,以期高质量推进土壤健康研究,从而促进农产品质量安全和农业可持续发展。

土壤培肥技术对土壤健康的影响途径与作用机制

土壤健康与农产品优质安全、农业绿色可持续发展密切相关。不同培肥技术对土壤物理功能、化学功能与生物学功能产生较大影响,进而影响土壤健康水平。论文明确了土壤健康的内涵与发展历程,阐述了长期大量施用化肥和不同耕作措施对土壤健康的影响途径,从物理、化学和生物学3个方面总结了有机培肥技术对提高土壤健康的作用机制,并对我国未来土壤健康研究方向提出了展望,以期为培育健康土壤和实现我国农业高质量发展提供理论支撑与技术指导。

农业有机废物还田利用促进土壤健康和应对气候变化的路径及研究建议

作为实现“城乡无废”目标的重要组成部分,农业有机废物还田利用是一种资源节约、环境友好的利用路径,对于提升农村污染控制水平、促进农业可持续发展、助力我国实现碳达峰及碳中和目标具有重要的意义。在系统总结农业有机废物还田利用的主要路径以及研究现状基础上,分析农业有机废物还田对土壤健康状况改善、农田温室气体排放方面的影响,并对当前存在的问题提出解决措施。研究发现,还田利用解决了大部分农业有机废物消纳的问题,有利于土壤肥力和固碳效果提升,但也带来了农田病虫害增加、稻田甲烷排放量居高不下、土地消纳粪污量超载等新的问题。同时,还田利用的市场要素不健全,短时间难以形成有效的市场闭环。应从还田利用长期系统定位监测网络构建、完善还田利用效果监测评估标准体系、补齐市场要素等方面,加快推动农业废物还田利用研究工作和制度建设,为促进农业生态系统的可持续发展、确保粮食安全和应对全球气候变化提供理论支撑。

我国土壤健康研究现状与展望

土壤健康是陆地生态系统稳定与健康的基础,合理评价土壤健康状况直接关系到农业生产的可持续性、生态环境的稳定以及人类健康。近年来,关于土壤健康的科学研究越来越成为国内土壤科学研究领域的核心热点,但由于生态系统类型的多样性、空间尺度的广泛性、土地利用方式及农业结构的差异性以及土壤生态系统功能的复杂性,科学、精准地评价土壤健康状况面临诸多挑战。在总结土壤健康的内涵与发展的基础上,重点阐述了目前国内外主流土壤健康评价方法,包括基于土壤健康评价基准的方法、康奈尔方法、基于土壤功能的方法、我国耕地质量(土壤健康)评价方法、机器学习和分析诊断的土壤健康评价方法;在此基础上,初步构建了适合我国国情的土壤健康评价框架和通用流程,系统阐述了土壤健康评价结果的应用并深入解析我国土壤健康评价当前存在的问题,提出了未来土壤健康的研究展望,特别强调了多目标协同评价体系的构建、跨生态系统与空间尺度的适应性评价方法的创新以及健康土壤培育技术的研发与应用,以期高质量推进土壤健康研究,从而保护和改善土壤资源,支持农业生产,维护生态环境健康。

基于CERES-Maize模型的土壤健康相关因素对旱地玉米产量影响的优化模拟

基于2013—2015年玉米灌溉试验,对DSSAT-CERES-Maize模型参数进行校准和验证,评估该模型在关中地区对旱地农业的适用性。利用2013年和2014年的全灌溉试验对模型进行校准,利用2015年全灌溉试验数据对模型进行验证,结果表明,实测值和模拟值都表现出了较好的一致性,均方根误差与归一化均方根误差均小于10%,模型效率均大于90%,说明模型模拟效果良好。利用1981—2020年气象数据和土壤健康相关因素优化调整,将模拟年份分为丰水年、平水年、枯水年,对不同典型年的产量进行模拟分析,发现在旱地农业中,土壤排水上限增加20%,作物增产8.1%,水分利用效率增加17.4%,蒸发蒸腾量减少7.1%;在增加土壤反照率、排水上限、土壤有机碳等综合模拟下旱地玉米产量提升了11.6%;综合模拟情景下,枯水年产量增长比例最高。综上所述,CERES-Maize模型可应用于关中地区旱地玉米研究,在枯水年土壤健康管理中可发挥出更大的节水增效潜力。

旅游活动对土壤健康的影响研究进展

土壤健康是指土壤维持植物、动物和人类可持续发展的能力。当前土壤健康的研究主要集中在农业绿色发展,而很少涉及旅游地土壤健康。为了解旅游活动对土壤健康的影响,从土壤理化性质、土壤生物学性质和土壤生态功能三个方面对有关内容进行了综述。旅游干扰造成土壤容重、坚实度和重金属含量增加,凋落物厚度和土壤肥力下降;旅游干扰致使土壤生物群落结构变化,其中在重度干扰区内,土壤动物表层聚集度、土壤微生物丰度和多样性以及草本层植物高度、盖度和多样性均显著下降;旅游干扰影响土壤养分循环的各个环节,也致使土壤水土保持能力减弱。旅游活动影响土壤生态系统健康,其影响程度与受旅游干扰的强度呈正相关。在今后的研究中要拓展旅游干扰研究的内容,重视旅游地土壤健康评价;在发展旅游过程中应加强对旅游地的科学管理,注重生态环境修复。

《土壤健康与土壤碳汇》专刊序言

土壤是生命之基、食物之源,承载着“万物健康”的使命。土壤不仅仅是我们的地质背景,也与我们的生活息息相关。土壤作为自然界最复杂的生态系统之一,能够储存和循环碳、养分及水分,可以提供水、食物、清洁的空气、稳定的气候和健康,对于维持生态系统服务功能的可持续性至关重要。健康的土壤就是一个健康的生命共同体,是建设美丽中国、协同推进降碳、减污、扩绿、增长,维护国家生态安全,以高品质生态环境支撑高质量发展的重要保障。

“土壤健康与土壤碳汇研究专刊”征稿

土壤健康对于生态系统和人类生活至关重要。健康的土壤不仅是农作物生长和食品生产的基础,也是提升土壤碳汇能力的关键。通过健康土壤培育能够促进更高效的碳循环和储存,是实现“碳达峰、碳中和”目标的重要路径。我国是世界上农作物种植面积最大的国家,但土壤有机质含量偏低。

微生物呼吸对覆盖作物土壤健康状况响应研究

土壤健康研究对于评估土壤保护措施(在农场种植覆盖作物等)非常重要。土壤健康合作系统通过多年试验对土壤健康指标、得分和作物产量进行了大规模评估。本研究利用从2015—2019年收集的35个样地数据,确定1~4 a覆盖作物对12个土壤健康指标、3个土壤健康评估综合得分和2种作物(玉米和大豆)的影响。试验表明:土壤微生物呼吸(有机碳矿化)和土壤健康综合评价评分对覆盖作物反应敏感。并且初始观测值并不影响覆盖作物对土壤健康指标或得分的影响。无论最初的土壤健康指标如何,土壤呼吸可能是监测农场采用覆盖保护措施后1~4 a内短期土壤健康变化的有效指标。

小麦与大豆轮作制度及其对土壤健康的影响

随着全球农业生产的不断发展,土壤退化和环境污染问题日益严重。小麦与大豆轮作作为一种有效的农业管理策略,通过改善土壤物理、化学及生物性质,提高土壤健康程度和作物产量。然而,关于小麦与大豆轮作对土壤各方面影响的具体机制仍需深入研究。基于此,分析了小麦与大豆轮作制度对土壤健康的影响,可以为制订更有效的土壤管理策略和推广可持续农业实践提供科学依据。

化肥减量增效与土壤健康的关系

随着农业生产的快速发展,化肥的使用量逐年增加,但长期大量使用化肥对土壤健康和环境造成的影响已引起广泛关注。本文阐述了化肥减量增效的意义和化肥对土壤健康的影响,探讨了土壤健康与农产品质量安全的关系后,提出了多种化肥减量增效的技术和方法,包括精准施肥、有机肥替代部分化肥、推广生物肥料等。这些方法旨在减少化肥的施用量的同时提高化肥利用率,减少化肥的浪费和对环境的负面影响。通过本研究,可以为农业生产的绿色发展提供科学依据和技术支持,促进农业现代化的发展。

土壤健康与科学耕作管理研究进展

土壤健康是一个复杂的系统,对粮食安全生产和可持续发展至关重要。土壤健康的概念在本世纪初出现,即人类、动植物和环境的健康相互联系。土壤健康的评估指标包括物理、化学和生物三个方面,如土壤结构、质地、水分含量、通气性、密度、pH值、有机质含量、养分含量和离子交换能力等。土壤管理评估框架可用于评估和改善土壤健康状况并及时进行干预。而科学耕作管理可以改善土壤健康,提高土壤的生态功能和可持续性,包括轮作、免耕和作物覆盖等。通过保持土壤健康,可以提高农业生产、保护生态环境、高效管理土壤资源、预防土壤污染,促进科学研究和创新,从而维护整个生态系统的稳定性和促进可持续发展。

重金属污染耕地修复技术与土壤健康评价研究

重金属污染正对全球农业生态环境造成巨大损害,它不仅严重削弱粮食产出效率,而且暗中危及人的生命健康。本项探究目标在于开发切实可行的重金属污染土地修复技术,并对修复后土壤质量状况进行严谨评估。经评估各项修复技术的效果和经济性比较,观察到植物修复方法、生物治理策略、化学整治方法等策略针对各种污染情况显示出各自的优势。构建全方位土壤健康评价机制,对改良后土壤的理化性质、生物活性及生态效能进行细致评定。研究显示,综合多种整治手段能显著提升被污染农田的土质状况,这为长期农业发展给予有力的科学依据。

城市绿地土壤健康质量问题及优化对策

城市绿地土壤品质与绿化植被生长密切相关,也是维护城市景观环境的重要支持。当前,提高我国城镇绿化用地质量管理的重点在于提高土地肥力水平和生态环境的品质。本研究综述了土壤质量的概念、内容和评价,分析了目前存在的挑战,并对未来发展进行展望,旨在通过对城市绿地土壤质量的研究,持续推动城市绿地土壤环境质量的改善提升。