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。

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。

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。

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。

“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。

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。

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。

众德集团:为土壤健康与农业未来开“良方”

土壤,是承载万物的根源。在国家大力推进农业现代化和生态文明建设的关键时期,土壤健康作为农业可持续发展的基石,其重要性日益凸显。然而,我国土壤健康问题日益严峻,土壤退化、污染、酸化以及盐清化等现象频发;此外,过度耕作和不合理施肥导致的土壤结构破坏,降低了土壤的保水保肥能力,土壤质量下降,直接威胁到我国粮食安全和生态平衡。近日,由烟台众德集团有限公司主办的“2024第三届全国农田障碍土壤改良与优质生产大会”在山东省烟台市成功举办,吸引了来自全国各地的农业专家、学者及业界精英共聚一堂。本次会议以“蓝海领航向阳而生”为主题。倡导科学改良土壤,助力优质生产,凝聚各界智慧,共谋土壤改良良策,为我国的土壤健康开出“良方”,推动农业向更高质量、更加可持续的方向发展。

研究揭示绿肥内源驱动土壤健康的生物学机制

中国农业科学院农业资源与农业区划研究所肥料及施肥技术团队揭示了绿肥内源驱动土壤健康的生物学机制。研究表明,种植利用绿肥可以驱动土壤微生物沿土壤剖面迁移,提高深层土壤微生物网络稳定性和关键微生物组群的丰度及生物多样性,进而增强深层土壤的多功能性。相关研究成果发表在《中国科学生命科学(SCIENCE CHINA Life Sciences)》。

基于文献计量的土壤健康评价研究进展可视化分析

本文以Web of Science核心数据库中收录的土壤健康评价相关文献为基础数据,采用CiteSpace工具,对文献数量、题目、关键词、作者等信息进行可视化计量分析。结果表明:(1)土壤健康评价是一项环境科学、土壤科学、农学等多学科交叉的研究领域,目前正处于快速发展时期;美国在这一领域的研究实力和国际影响力最大,我国虽然起步较晚但发展迅速,发展潜力巨大。(2)土壤健康概念从狭义到广义,评价指标从理化属性到物理、化学、生物综合指标,评价体系从单一粮食生产到多种生态系统服务功能,方法模型从专家经验到系统建模,技术手段从常规检测到微生物组学、地信遥感等正在逐步改进和完善。(3)生物学指标、土壤多功能定量评价、客观准确的评价模型等是目前土壤健康评价研究的前沿和热点。我国土壤健康评价研究尚处于发展阶段,本文梳理总结了国际土壤健康评价研究进展和发展前沿,以期为我国土壤健康评价研究工作提供参考与借鉴。

耕地生态保育工程的土壤健康度评价方法初探

目前国内外学者对耕地土壤健康的研究主要以分析县域层次上的农田/设施菜田地块的土壤健康评估,缺乏以耕地保育工程为主体的土壤健康评价,对耕地保育工程为主体的研究仍处于初步探索阶段。为探究不同耕地保育措施类型对农田土壤健康的影响,以在崇明区实施的3种耕地生态保育工程农田土壤为研究对象,构建了包含土壤环境、土壤养分和土壤生物3个一级指标,土壤酸碱度、土壤重金属、土壤有机质、土壤氮磷钾、土壤微生物和土壤动物等6个二级指标,以及17个三级指标的土壤健康度评价指标体系,开展土壤健康度评价。结果表明:两无化工程土壤重金属含量明显低于对照点,除Zn外其他7项重金属比对照点下降了0.830—0.951倍,其中Cd、Cr含量显著低于对照水田土壤(P<0.05);蚯蚓工程土壤As含量均值为8.660 mg·kg^(−1),显著低于生物菌肥及两无化工程(P<0.05)。所有点位土壤中速效钾肥力最高,平均值为216.137 mg·kg^(−1),达到一级水平,而有效磷和全氮均为二级水平;生物菌肥工程土壤氮磷钾含量均为最高,均值分别达到83.104、223.218和1.614 mg·kg^(−1);两无化工程土壤有机质含量均值最高,达到24.85 g·kg^(−1)。生物菌肥工程土壤放线菌密度最大,为3.328×10^(8)ind·g^(−1),显著高于两无化、蚯蚓工程(P<0.05)。蚯蚓和两无化工程土壤蚯蚓密度分别是对照的2.853倍和1.231倍。两无化工程土壤健康度指数最高,达0.843;其次是蚯蚓工程,为0.834;生物菌肥工程最低,三者均为亚健康状态。3种耕地生态保育工程土壤健康度等级由不健康提升为亚健康,影响健康度的最主要指标为土壤养分。崇明生态岛农田土壤健康度提升应重点着眼于提升土壤养分水平。

旱区土壤微生物组与土壤健康评价

土壤健康在维持粮食生产、动植物和人类健康方面具有重要作用,是实现农业可持续发展的根本。土壤微生物作为土壤中最具丰富性和多样性的有机生物体,包含细菌、真菌、原生生物和病毒。它们驱动着碳、氮、磷、硫等元素循环过程,并与植物初级生产力和土壤健康息息相关。旱区约占全球陆地表面积的41%,维系了全球约38%以上的人口。西北干旱半干旱区是我国的重要粮食生产后备区,由于其土壤生态系统的复杂性、脆弱性和敏感性导致该地区土壤健康状况相关研究仍缺乏。本文围绕微生物在土壤健康相关生态系统服务如调控作物生长、消减连作障碍、改善水体质量、维持人类健康、缓解气候变化影响和促进碳固存中的贡献,揭示了土壤微生物在维持土壤健康中的关键作用,归纳了土壤微生物作为土壤健康评价指标的发展历程和研究进展。同时介绍了旱区土壤微生物自身特征并总结其对于水分胁迫的响应,归纳了旱区土壤健康研究进展。最后对土壤微生物组与旱区土壤健康研究进行了展望,以期为利用土壤微生物资源维持和改善旱区土壤健康状况提供科学指导。

土壤健康的评价方法及应用

健康的土壤是作物生长、绿色农业和文明永续发展的基础,合理评价土壤健康也是精准农业和再生农业的必然要求。当前,针对土壤健康评价及敏感指标的筛选,已有大量研究;但不同土壤健康评价方法的适用性及其优劣仍不明晰,如何敏感而准确地评估土壤健康状况亟待解决。本文在厘清土壤质量和土壤健康内涵的基础上,评述了国内外主流土壤健康评价方法的指标体系、优缺点、应用状况及局限性,从重视高强度人为利用土壤(水稻土、城市绿地、矿山开采地和保护地土壤)健康状况评价,加强开发和优化基于土壤生物学指标的土壤健康评价工具和开发适应不同空间尺度的土壤健康评价工具三个方面进行了展望。

双季稻酸紫泥田土壤健康对连续单施有机肥、石灰的响应

【目的】为明确双季稻酸紫泥田土壤健康对连续单施有机肥、石灰的响应规律,验证不同土壤健康评价方法在水稻土健康评价中的适应性、敏感性及筛选敏感指示指标。【方法】选取长江中下游植稻区双季稻酸紫泥田作为研究对象,基于配对试验设计的原则,设置对照和处理田块,研究连续6年单施有机肥、石灰后,土壤物理、化学、生物学共24项指标的变化规律,应用康奈尔土壤健康评价(CASH)、Haney土壤健康测试(HSHT)及主成分分析结合最小数据集(MDS),构建综合土壤健康指数,评估土壤健康的响应差异。【结果】与对照相比,单施有机肥的土壤容重、紧实度、微团聚体(<0.25 mm)含量分别显著下降14%、25%和32%,0.5—1 mm团聚体、铵态氮、活性有机碳、水溶性有机碳和氮、土壤呼吸与柠檬酸盐可浸提蛋白含量分别显著上升100%、37%、54%、21%、44%、59%和8%,最小数据集(MDS)、康奈尔土壤健康(CASH)、2015、2018及Ward实验室(SHS)版本的Haney土壤健康测试(HSHT)指数,分别显著提高75%、20%、42%、95%和55%(P<0.05);与对照相比,连续石灰处理土壤的紧实度、微团聚体、水溶性有机氮和pH分别显著上升44%、22%、61%和0.57个单位,但0.5—1 mm团聚体、有效态锌含量和土壤呼吸分别显著下降39%、14%和52%,MDS、CASH和SHS HSHT指数分别显著下降59%、15%和47%(P<0.05)。【结论】连续6年单施有机肥和石灰后,总体上对双季稻酸紫泥田的土壤健康分别产生了正面和负面作用。土壤健康指数无法反映本试验土壤的总镉累积量及其有效性的变化,镉超标水稻土健康评价方法仍有待开发。

原生动物-病原菌互作与土壤健康综述

土壤健康是维持植物、动物和人类生命系统及陆地生态系统健康的重要保证。原生动物在土壤中分布广泛,可调控土壤微生物组、养分循环、污染物去除等众多生态过程,在维持土壤生态系统功能及土壤健康中发挥着重要作用。土壤原生动物捕食及杀菌机制与哺乳动物巨噬细胞免疫机制类似,其与细菌的相互作用,尤其是与病原菌的胞内共生关系,是影响病原菌毒力、扩散传播及感染风险的重要环境选择压力。本文总结了原生动物对病原菌毒力、进化、传播扩散的影响,以及病原菌在原生动物胞内的存活和进化机制,为预防环境病原菌富集、扩散和传播提供新的研究思路,对维持土壤健康有重要意义。