SEH推介 | SBB特刊: 土壤健康生物學

以下文章來源于土壤與環境健康SEH ，作者SEH編輯部
主題：The biology of soil health: Establishing early indicators of environmental stressors or management success
編輯：
Joseph Blankinship, Matthew Wallenstein
簡介：
土壤健康的概念已成為描述控制所有陸地生態系統功能的各種機制的統一框架。它代表土壤在用于生產食物、纖維和燃料的土地系統中，以及在氣候變化和污染等人類影響損害土壤健康的野生生態系統中，隨著時間的推移，維持或增強生態系統功能和服務的能力，激發了監測或增強土壤健康的愿望。本虛擬特刊旨在推進土壤健康生物指標的科學基礎。“健康”一詞帶有包袱（即基于人類健康的先入為主的觀念）。因此，如果土壤健康要持續下去并對科學家和利益攸關者都有用，就需要：1）就如何適當地使用土壤健康概念來整合知識從而指導科學和管理，提供觀點；2） 在生物測量和土壤健康結果之間建立更牢固的聯系；3） 確定有區分的土壤生物和生物化學測量指標，以提供土壤健康受到損害的預警，并評估管理做法；以及4）確定土壤生物測量比化學和物理指標更適合預測土壤健康結果的條件。
鏈接：
https://www.sciencedirect.com/journal/soil-biology-and-biochemistry/special-issue/10SG5W2FSLN

 

土壤氮（N）通常限制農業生態系統的生產力，促使施肥增加作物產量，但會破壞環境。氮在生產力和環境質量中的雙重作用應將其納入土壤健康框架。我們利用最近的證據證明，氮的有效性是綜合土壤生物地球化學系統的一個新特性，受到植物特性及其與微生物和礦物的相互作用的強烈影響。在此基礎上，我們提出理論，植物和微生物氮的來源在土壤健康梯度上發生變化，從生態簡單系統中的無機氮依賴性到健康土壤中的有機氮的高度網絡化供應；因此，對土壤健康的投資應增加生態復雜性和植物獲取氮的途徑，從而在多變的氣候條件下獲得更具彈性的養分供應和產量。然而，當前的氮評估方法源自對無機氮庫大小的歷史強調，無法捕捉土壤健康梯度中氮有效性的變化驅動因素。我們強調需要更好地理解調節生物有效性氮的植物-微生物-礦物相互作用，這是提高我們測量氮能力的第一步。我們得出的結論是，有必要利用農業生態系統的復雜性，考慮植物和微生物驅動因素，并將外部氮輸入小心地整合到土壤的內部氮網絡中，以擴大有機庫中氮的生物有效性途徑。通過在土壤健康概念中強調氮，我們認為研究人員可以加快氮利用效率和韌性的進步。

圖1 上圖：健康的土壤促進了由根生長、SOM積累和微生物活動引起的緊急氮循環，為植物獲取生物有效性氮提供了多種途徑。A） 根分泌物刺激微生物產生生長素和其他促進植物生長的激素，刺激細根的產生。B） 根分泌物增加微生物活性，并產生或刺激有機酸和酶的產生，使MAOM-N能夠遷移。C） 原生生物、線蟲和其他食肉動物以微生物為食，在“微生物回路”中釋放氮。D）在結構良好的健康土壤中，細根可以生長成團聚體和開放微域，氧氣刺激微生物活動和氮釋放。E） 菌根可以穿透團聚體，進入其他封閉口袋的氮。下圖：健康的土壤加強了獲取氮的多種內部途徑，增加了在多變氣候和其他干擾下氮輸送的韌性。不健康土壤幾乎完全依賴于氮肥，氮肥很少通過有機庫循環，而是作為一個巨大的無機氮庫，容易被淋失。肥料氮輸送的中斷（例如水限制）將導致氮限制。健康土壤可被肥料氮所增強，肥料氮通過具有較小生物有效性氮庫的有機庫實現循環。植物獲取氮的多種途徑在可變條件下提供了更具韌性的氮供應：如果一個“管道”被關閉，許多其他管道仍可能提供氮。

圖2 左圖：原位氮供應能力和最佳氮肥用量之間的假設關系表明，在植物根、微生物和礦物之間特定相互作用具有最大影響且最難預測的中間區域，變異最大。右圖：在三項研究中，標準化CO₂爆發（干土再濕潤釋放CO₂的第1、3或4天）與經濟最佳玉米生產所需的氮肥之間的關系（N=113）。CO₂爆發可解釋為土壤健康和氮有效性的指示，并顯示出與最佳氮用量的關系的變化，這與我們的假設大致相似。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2022.108856
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