土壤生物与可持续农业研究进展
发布时间：2021-08-09 02:21
农业的可持续发展是人类文明持续繁荣的重要保障。从原始农业到工业化农业的发展历程,是"自然力"不断削弱,"人为调控力"不断加强的过程。新兴的可持续农业,则希望将人为调控和自然过程协调融合,建立近自然的高效的现代农业体系。但是,面对土壤生物极高的多样性、生物和非生物过程的复杂互作及其高度的时空异质性,基于还原论的传统科学研究方法探究地下生态系统的"自然过程"困难重重。人为管理措施对农田生态过程调控的针对性和调控效果受到极大限制。尽管如此,土壤生物在生态系统服务中的作用已在世界范围内得到空前重视。如何充分发挥土壤生物在可持续农业中的作用,已成为现代农业研究领域的重要突破口。简述了土壤生物与可持续农业研究的学科发展历史,总结了农业管理措施对土壤生物及土壤食物网特征的影响,突出了土壤生物群落在可持续农业模式中土壤结构改善、土壤肥力提高和化肥农药减施等方面的积极作用;最后探讨了当前的研究难点和未来的研究方向,并对如何充分发挥土壤生物在现代农业中的贡献进行了初步的思考。认为:土壤有机质,土壤结构和土壤食物网以及三者的内在联系是可持续农业研究的关键。土壤有机质管理是调控土壤结构、土壤食物网及生态系统生...
【文章来源】：生态学报. 2020,40(10)北大核心CSCD
【文章页数】：24 页
【部分图文】：
CNKI中土壤生物与可持续农业相关的研究主题分布格局(1979.6—2019.03)
图4 蜷曲于土壤中的马陆(张洪芝拍摄)近年来,菌根真菌的土壤改良效应研究取得了重要的进展。Asmelash等 (2016) 综述了菌根真菌在退化土地恢复中的潜在作用:有大量的科学证据表明菌根真菌可以改善土壤质量,提高地上及地下生物多样性,提高水分和养分胁迫土壤中乔木和灌木幼苗的成活率、生长及定殖过程[109];今后,在进一步开展对菌根真菌的资源、功能、作用和调控机制等方面进行深入的研究的同时,需要加强开发可用于野外森林生态系统管理和恢复的廉价的菌剂。菌根真菌和土壤动物在土壤改良过程中的协同作用,也值得关注。
土壤生物在生态系统物质循环和能量传递中的贡献得到日益重视。但是,土壤生物在可持续农业中的关键地位没有得到足够的认可,人们对土壤生物多样性的保护意识也很低[18];而在实践中应用土壤生物去调控农业生态系统过程,更是刚刚开始尝试。美国科学院关于21世纪的可持续农业的报告,只提到了有机农业对土壤生物的利好作用(如提高了蚯蚓和土壤微生物等的生物量),以及生物防治在有机农业中的应用,却没有提及如何利用土壤生物多种多样的功能促进可持续农业的发展[19]。2016年出版的Global Soil Biodiversity Atlas一书,虽然在科普层面促使人们更多地关注土壤生物[20],但在科学研究上并无太多的贡献。以 Elsevier 的文章为例,2015年之前,土壤生物与可持续农业相关文章少于50篇每年,而2015年之后则有明显的增长,每年发表的文章接近80篇(图1)。值得一提的是,从1998年至2016年,由 Clive A. Edwards 和 Stephen R. Gliessman 主编的系列丛书 Advances in Agroecology 陆续出版了21本可持续农业相关的专著。其中两部著作:Microbial Ecology in Sustainable Agroecosystems[21]和Soil Organic Matter in Sustainable Agriculture[22]从不同角度阐述了土壤生物在可持续农业中的作用。可见,最近20年土壤生物与可持续农业相关研究已经开始得到重视。国内的农业生态学在20世纪80年代兴起,90年代开始快速发展,至2005年每年发表的中文文章即已超过1000篇[23],但是,土壤生物在可持续农业中的作用长期未得到重视。直到2013年,土壤生物学科发展被纳入国家自然科学基金委员会-中国科学院学科发展战略研究项目[24]。中国农业科学院基于中国农田土壤肥力长期试验网络,探究了长期施肥、秸秆还田及保护性耕作等农田管理措施对土壤肥力、土壤结构和pH以及作物产量等的影响,部分工作也涉及到农田土壤微生物和酶活性以及土壤动物群落对施肥的响应[25-26]。从CNKI的检索结果来看,国内土壤生物与可持续农业相关的研究集中在土壤肥力及于此相关的土壤养分和有机质、土壤微生物和酶活性等方面,而土壤动物研究仅占1.97% (图2)。并且,多数研究集中于对农业生态系统中土壤动物群落的种类组成和生物量数量特征及其对耕作和管理措施的响应上[27-30]。值得注意的是,国内学者已基于长期小区试验研究了蚯蚓对农田有机碳动态及土壤微生物等的影响,发现蚯蚓活动可增强土壤团聚作用,改变土壤微生物群落,提高养分有效性并影响光合产物在植物-土壤系统中的分配[31-34]。但是,土壤动物野外控制试验仍十分缺乏,且仍然很少探究土壤动物食性、肠道微生物及粪粒等与其生态功能密切相关的特征及其可能的影响因素。2015年,《中国科学院院刊》也组织出版了土壤与生态安全专刊,综述了土壤物理学[35]、土壤化学[36]和土壤微生物学[37]等的研究现状与展望,及土壤与可持续农业生产领域的现状与战略[38-40]。但是,该专刊并未包含土壤动物学研究的内容;土壤动物及其在农业中的作用研究,在国内还需要更多的关注。以蚯蚓为例,在土壤科学英文文献中,“Earthworm”一直属于排名前20位的高频关键词,它在1986—1995年,1996—2005年和2006—2014年间的文献中分别出现54次,258次和299次;但是,“蚯蚓”却从未成为土壤科学中文文献的高频关键词[41]。2017年,《中国科学院院刊》又组织出版“科技促进农业供给侧结构性改革”专刊,围绕秸秆综合利用[42]、土壤肥力调节[43]、都市现代农业[44]和生态农牧场建设[45]等可持续农业主题开展了深入的讨论。但是,该专刊仅对微生物资源(如微生物肥料)的利用有所涉及,没有对土壤动物及整个土壤食物网在我国“绿色革命”[1]实践中应有的贡献进行深入讨论。2018年2月,《中国科学院院刊》再次组织了“土壤与可持续发展”专题,针对土壤资源保护、土壤污染防治等方面存在的问题探讨了相关解决方案;但仅仅简短地提及了土壤生物多样性的保护[46]。目前,我国土壤动物与土壤污染治理相关研究还处于起步阶段,主要围绕蚯蚓及其蚓触圈的贡献展开[47-50]。总之,土壤生物与可持续农业正迎来学科发展的重要契机,但是,土壤生物特别是土壤动物在可持续农业生产中的积极作用应该得到进一步的发挥。
【参考文献】：
期刊论文
[1]陆地生态系统中马陆的生态功能[J]. 王梦茹,傅声雷,徐海翔,王美娜,时雷雷. 生物多样性. 2018(10)
[2]养殖蚯蚓对设施菜田连作障碍土壤修复的效果[J]. 张永炳,刘小英,王翠. 上海蔬菜. 2018(03)
[3]从问题到解决方案:土壤与可持续发展目标的实现[J]. 张甘霖,吴华勇. 中国科学院院刊. 2018(02)
[4]稻田土壤肥力评价方法及指标研究进展[J]. 黄晶,蒋先军,曾跃辉,陈金,柴如山,柳开楼,张会民. 中国土壤与肥料. 2017(06)
[5]关于在雄安新区成立国家绿色先进农业研究院的建议[J]. 张正斌. 中国科学院院刊. 2017(11)
[6]海岸带生态农牧场新模式构建设想与途径――以黄河三角洲为例[J]. 杨红生. 中国科学院院刊. 2017(10)
[7]从供给侧改革思考我国肥料和土壤调理剂产业现状、问题与发展对策[J]. 周静,胡芹远,章力干,刘海龙,游来勇. 中国科学院院刊. 2017(10)
[8]秸秆综合利用与秸秆产业发展[J]. 朱立志. 中国科学院院刊. 2017(10)
[9]都市现代农业发展的战略价值与科技支撑[J]. 周培. 中国科学院院刊. 2017(10)
[10]产量与经济效益共赢的高效生态农业模式:以弘毅生态农场为例[J]. 蒋高明,郑延海,吴光磊,刘慧,池云花,冯素飞,李勇,李彩虹,李宗奉,苏本营,董群,乌云塔娜,LUCAS Mario,LEFORT Zoe,REGOLINI Margot,曾祥伟,贺新华,郭立月,战丽杰,唐海龙,韦继光,周平,曾彦,杨煜,宋守宽,刘秀,甄珍,刘海涛,孟杰,李静,李霄,李占,丁娜,博文静,虞晓凡,程达,梁啸天,李立君,徐磊,谷仙,宋彦洁,MUMINOV A. Mahmud,刘滨扬,赫晓霞,刘美珍,宁堂原,王空军,徐玉新,陈文浩. 科学通报. 2017(04)
博士论文
[1]蚯蚓活动对农田土壤有机碳转化的影响研究[D]. 于建光.南京农业大学 2007
[2]长期施肥对农田土壤动物群落影响及安全评价[D]. 林英华.中国农业科学院 2003
硕士论文
[1]蚓触圈特性对土壤五氯酚消减影响及机理研究[D]. 杨品品.华南农业大学 2016
本文编号：3331166
【文章来源】：生态学报. 2020,40(10)北大核心CSCD
【文章页数】：24 页
【部分图文】：
CNKI中土壤生物与可持续农业相关的研究主题分布格局(1979.6—2019.03)
图4 蜷曲于土壤中的马陆(张洪芝拍摄)近年来,菌根真菌的土壤改良效应研究取得了重要的进展。Asmelash等 (2016) 综述了菌根真菌在退化土地恢复中的潜在作用:有大量的科学证据表明菌根真菌可以改善土壤质量,提高地上及地下生物多样性,提高水分和养分胁迫土壤中乔木和灌木幼苗的成活率、生长及定殖过程[109];今后,在进一步开展对菌根真菌的资源、功能、作用和调控机制等方面进行深入的研究的同时,需要加强开发可用于野外森林生态系统管理和恢复的廉价的菌剂。菌根真菌和土壤动物在土壤改良过程中的协同作用,也值得关注。
土壤生物在生态系统物质循环和能量传递中的贡献得到日益重视。但是,土壤生物在可持续农业中的关键地位没有得到足够的认可,人们对土壤生物多样性的保护意识也很低[18];而在实践中应用土壤生物去调控农业生态系统过程,更是刚刚开始尝试。美国科学院关于21世纪的可持续农业的报告,只提到了有机农业对土壤生物的利好作用(如提高了蚯蚓和土壤微生物等的生物量),以及生物防治在有机农业中的应用,却没有提及如何利用土壤生物多种多样的功能促进可持续农业的发展[19]。2016年出版的Global Soil Biodiversity Atlas一书,虽然在科普层面促使人们更多地关注土壤生物[20],但在科学研究上并无太多的贡献。以 Elsevier 的文章为例,2015年之前,土壤生物与可持续农业相关文章少于50篇每年,而2015年之后则有明显的增长,每年发表的文章接近80篇(图1)。值得一提的是,从1998年至2016年,由 Clive A. Edwards 和 Stephen R. Gliessman 主编的系列丛书 Advances in Agroecology 陆续出版了21本可持续农业相关的专著。其中两部著作:Microbial Ecology in Sustainable Agroecosystems[21]和Soil Organic Matter in Sustainable Agriculture[22]从不同角度阐述了土壤生物在可持续农业中的作用。可见,最近20年土壤生物与可持续农业相关研究已经开始得到重视。国内的农业生态学在20世纪80年代兴起,90年代开始快速发展,至2005年每年发表的中文文章即已超过1000篇[23],但是,土壤生物在可持续农业中的作用长期未得到重视。直到2013年,土壤生物学科发展被纳入国家自然科学基金委员会-中国科学院学科发展战略研究项目[24]。中国农业科学院基于中国农田土壤肥力长期试验网络,探究了长期施肥、秸秆还田及保护性耕作等农田管理措施对土壤肥力、土壤结构和pH以及作物产量等的影响,部分工作也涉及到农田土壤微生物和酶活性以及土壤动物群落对施肥的响应[25-26]。从CNKI的检索结果来看,国内土壤生物与可持续农业相关的研究集中在土壤肥力及于此相关的土壤养分和有机质、土壤微生物和酶活性等方面,而土壤动物研究仅占1.97% (图2)。并且,多数研究集中于对农业生态系统中土壤动物群落的种类组成和生物量数量特征及其对耕作和管理措施的响应上[27-30]。值得注意的是,国内学者已基于长期小区试验研究了蚯蚓对农田有机碳动态及土壤微生物等的影响,发现蚯蚓活动可增强土壤团聚作用,改变土壤微生物群落,提高养分有效性并影响光合产物在植物-土壤系统中的分配[31-34]。但是,土壤动物野外控制试验仍十分缺乏,且仍然很少探究土壤动物食性、肠道微生物及粪粒等与其生态功能密切相关的特征及其可能的影响因素。2015年,《中国科学院院刊》也组织出版了土壤与生态安全专刊,综述了土壤物理学[35]、土壤化学[36]和土壤微生物学[37]等的研究现状与展望,及土壤与可持续农业生产领域的现状与战略[38-40]。但是,该专刊并未包含土壤动物学研究的内容;土壤动物及其在农业中的作用研究,在国内还需要更多的关注。以蚯蚓为例,在土壤科学英文文献中,“Earthworm”一直属于排名前20位的高频关键词,它在1986—1995年,1996—2005年和2006—2014年间的文献中分别出现54次,258次和299次;但是,“蚯蚓”却从未成为土壤科学中文文献的高频关键词[41]。2017年,《中国科学院院刊》又组织出版“科技促进农业供给侧结构性改革”专刊,围绕秸秆综合利用[42]、土壤肥力调节[43]、都市现代农业[44]和生态农牧场建设[45]等可持续农业主题开展了深入的讨论。但是,该专刊仅对微生物资源(如微生物肥料)的利用有所涉及,没有对土壤动物及整个土壤食物网在我国“绿色革命”[1]实践中应有的贡献进行深入讨论。2018年2月,《中国科学院院刊》再次组织了“土壤与可持续发展”专题,针对土壤资源保护、土壤污染防治等方面存在的问题探讨了相关解决方案;但仅仅简短地提及了土壤生物多样性的保护[46]。目前,我国土壤动物与土壤污染治理相关研究还处于起步阶段,主要围绕蚯蚓及其蚓触圈的贡献展开[47-50]。总之,土壤生物与可持续农业正迎来学科发展的重要契机,但是,土壤生物特别是土壤动物在可持续农业生产中的积极作用应该得到进一步的发挥。
【参考文献】：
期刊论文
[1]陆地生态系统中马陆的生态功能[J]. 王梦茹,傅声雷,徐海翔,王美娜,时雷雷. 生物多样性. 2018(10)
[2]养殖蚯蚓对设施菜田连作障碍土壤修复的效果[J]. 张永炳,刘小英,王翠. 上海蔬菜. 2018(03)
[3]从问题到解决方案:土壤与可持续发展目标的实现[J]. 张甘霖,吴华勇. 中国科学院院刊. 2018(02)
[4]稻田土壤肥力评价方法及指标研究进展[J]. 黄晶,蒋先军,曾跃辉,陈金,柴如山,柳开楼,张会民. 中国土壤与肥料. 2017(06)
[5]关于在雄安新区成立国家绿色先进农业研究院的建议[J]. 张正斌. 中国科学院院刊. 2017(11)
[6]海岸带生态农牧场新模式构建设想与途径――以黄河三角洲为例[J]. 杨红生. 中国科学院院刊. 2017(10)
[7]从供给侧改革思考我国肥料和土壤调理剂产业现状、问题与发展对策[J]. 周静,胡芹远,章力干,刘海龙,游来勇. 中国科学院院刊. 2017(10)
[8]秸秆综合利用与秸秆产业发展[J]. 朱立志. 中国科学院院刊. 2017(10)
[9]都市现代农业发展的战略价值与科技支撑[J]. 周培. 中国科学院院刊. 2017(10)
[10]产量与经济效益共赢的高效生态农业模式:以弘毅生态农场为例[J]. 蒋高明,郑延海,吴光磊,刘慧,池云花,冯素飞,李勇,李彩虹,李宗奉,苏本营,董群,乌云塔娜,LUCAS Mario,LEFORT Zoe,REGOLINI Margot,曾祥伟,贺新华,郭立月,战丽杰,唐海龙,韦继光,周平,曾彦,杨煜,宋守宽,刘秀,甄珍,刘海涛,孟杰,李静,李霄,李占,丁娜,博文静,虞晓凡,程达,梁啸天,李立君,徐磊,谷仙,宋彦洁,MUMINOV A. Mahmud,刘滨扬,赫晓霞,刘美珍,宁堂原,王空军,徐玉新,陈文浩. 科学通报. 2017(04)
博士论文
[1]蚯蚓活动对农田土壤有机碳转化的影响研究[D]. 于建光.南京农业大学 2007
[2]长期施肥对农田土壤动物群落影响及安全评价[D]. 林英华.中国农业科学院 2003
硕士论文
[1]蚓触圈特性对土壤五氯酚消减影响及机理研究[D]. 杨品品.华南农业大学 2016
本文编号：3331166
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