农业系统中的土壤健康

农业系统中的土壤健康赵瑞

土壤健康与耕地可持续利用

今天01分享论文信息原名：Soilhealthinagriculturalsystems译名：农业系统中的土壤健康原文地址：//10.1098/rstb.2007.2178发表期刊：Phil.Trans.R.Soc.B发表年份：2008年通讯作者：M.J.Swift通讯作者单位：英国国家土壤资源研究所02文章简介

土壤健康作为一种综合性特征，反映了土壤对农业干预的反应能力，因此它继续支持农业生产和其他生态系统服务的提供。可持续土壤管理的主要挑战是在优化农业产量的同时保护生态系统服务的提供。提出土壤健康与碳转化、营养循环、土壤结构维持、病虫害调控等主要功能密切相关。在非生物土壤环境的影响下，相互作用的土壤生物多样性提供了各种生物过程的集合体。对农业干预(特别是那些以矿物燃料衍生的能量或投入取代生物过程)影响下的土壤群落现有模型的分析，证实了这些功能之间高度综合的相互作用模式，并导致结论:对个体组织、过程或土壤性质的测量不足以反映社会健康状况。结论是，在土壤健康的评估和管理中，功能性碳和能量的流动是一项重要但非琐碎的任务。03土壤健康的综合概念①土壤作为一个系统

土壤无疑是一个非常复杂的系统。它可以被描述为一个多部件和多功能系统，具有明确的操作限制和特征空间配置。在一个连续的可能性中，有一些可辨认的土壤类型，它们起源于各种因素的变化，比如母质、气候和地形，这些因素在很大程度上决定了主要的物理和化学性质。然而，这些经常被改变，通过农业干预，如排水，灌溉，使用石灰改变土壤反应和植物养分的添加。农业土壤系统是农业生态系统的一个子系统，其大多数内部功能在一系列时空尺度上以多种方式相互作用。②土壤的服务、功能和组合

人类依赖自然和管理(包括农业)的生态系统来获取一系列所谓的‘环境(或生态系统)商品和服务’。其中包括支持粮食和纤维生产的自然过程，例如营养循环和对病虫害的生物控制，以及对水流和水质的调节，以及对大气气体组成的影响及其对控制全球气候的影响。实际上，这些商品和服务是生物过程的功能输出。土壤是一个生物系统，因此主要以其生物学特性区别于风化岩石(风化土)。然而，应该强调的是，这些功能是通过与土壤的非生物物理和化学环境的复杂相互作用而发挥的。自然土壤和农业土壤都是许多不同生物的栖息地，这些生物共同促进了各种以土壤为基础的商品和服务。图1显示了这些物质与传递这些物质的土壤生物过程之间的关系。在第三栏中，这些过程被聚合成四个生态系统功能，我们提出这些功能为土壤所提供的所有主要服务提供了基础。③土壤作为栖息地

土壤提供的生态系统服务是由土壤生物过程驱动的，但我们对土壤健康的概念不仅包括土壤生物区系和发生的无数生物相互作用，还包括作为栖息地的土壤。这里的关键概念是，土壤为生物群提供了生存空间，生物群是由孔隙网络的结构定义的。事实上，正是土壤的多孔性决定了其功能，从物理框架定义了基质中气体、液体、溶质、颗粒和生物的局部和时间动力学，没有这种动力学就没有功能。04控制土壤健康的因素

①土壤类型。特定的土壤类型是根据母质、地形和环境因素(如气候和自然植被)的性质而形成的。人类对土地的管理可以大大改变自然土壤，土地利用和管理是土壤健康的控制因素。一套固定的特征，如质地、石头含量等，结合气候，设置一个包络的可能的土壤生境条件，特别是那些与土壤水分状况有关的。土地利用和管理会影响土壤的ph值、容重和土壤有机质含量等不同因素，然后确定某一特定土壤范围内生境状况。这些固定和可变的非生物因素与生物因素相互作用，决定了土壤系统的整体状况及其相关的健康。主要生物因素包括特定组合和生物体类型的存在与否、碳基质和营养物质的可得性以及有毒物质的浓度。

②生物及功能。群落结构和功能之间的关系不可避免地复杂，是当代土壤生态学的一个普遍主题。有一些实验证据表明，可能存在土壤生物多样性的临界水平，低于这个临界水平，土壤功能就会下降。营养群体内部的高生物多样性是有利的，因为营养群体由于其内在的更广泛的潜力，可能在各种环境条件下更有效地发挥作用。

③碳和能量。驱动土壤系统的能量来自于最终从净初级生产力获得的碳减少(图3)。碳是土壤系统的通用货币，其转移与相关的能量流动是主要的积分因子。这表明，不同有机质库的数量和质量可能反映土壤系统的状况，而生物群落之间的碳流动和分配可能提供有关其与生态系统功能之间关系的信息。

④养分。养分是土壤系统及其内部过程的控制输入。它们的水平和转化对土壤健康至关重要。在碳之后，氮和磷在土壤系统中的循环最大程度地影响其动态和生态系统服务的提供，包括农业生产。05土壤健康评估

①原则。评估农业系统、土壤类型和气候区域的土壤健康状况提出了重大的科学和政策挑战。鉴于土壤系统的多组分性质，要求它们提供的商品、服务和功能的广度，以及它们的空间变异性，预计将对土壤评估的适当方法进行复杂的辩论。显然，没有一个单一的指标将涵盖土壤健康的所有方面，也不可能(或必须)衡量所有可能的指标。

②测量。然而，通过测量性能曲线和对外界压力的反应来评价土壤系统健康存在实际困难。首先，很难严格定义除食品和纤维生产以外的至少一些生态系统服务。其次，土壤系统是多功能的，能够提供各种组合和服务水平，因此对系统性能的全面评估将需要非常广泛的测试。第三，土壤系统是开放系统，其性能是多变的，与气温、降水等环境因子相互作用，不易控制。第四，土壤系统的性能不会瞬间响应改变的条件，其评估必须在重要的时间段内进行。

③生物指标。土壤健康基本上是由执行各