SEH推介 | SBB特刊: 土壤健康生物学

以下文章来源于土壤与环境健康SEH ，作者SEH编辑部
主题：The biology of soil health: Establishing early indicators of environmental stressors or management success
编辑：
Joseph Blankinship, Matthew Wallenstein
简介：
土壤健康的概念已成为描述控制所有陆地生态系统功能的各种机制的统一框架。它代表土壤在用于生产食物、纤维和燃料的土地系统中，以及在气候变化和污染等人类影响损害土壤健康的野生生态系统中，随着时间的推移，维持或增强生态系统功能和服务的能力，激发了监测或增强土壤健康的愿望。本虚拟特刊旨在推进土壤健康生物指标的科学基础。“健康”一词带有包袱（即基于人类健康的先入为主的观念）。因此，如果土壤健康要持续下去并对科学家和利益攸关者都有用，就需要：1）就如何适当地使用土壤健康概念来整合知识从而指导科学和管理，提供观点；2） 在生物测量和土壤健康结果之间建立更牢固的联系；3） 确定有区分的土壤生物和生物化学测量指标，以提供土壤健康受到损害的预警，并评估管理做法；以及4）确定土壤生物测量比化学和物理指标更适合预测土壤健康结果的条件。
链接：
https://www.sciencedirect.com/journal/soil-biology-and-biochemistry/special-issue/10SG5W2FSLN

 

土壤氮（N）通常限制农业生态系统的生产力，促使施肥增加作物产量，但会破坏环境。氮在生产力和环境质量中的双重作用应将其纳入土壤健康框架。我们利用最近的证据证明，氮的有效性是综合土壤生物地球化学系统的一个新特性，受到植物特性及其与微生物和矿物的相互作用的强烈影响。在此基础上，我们提出理论，植物和微生物氮的来源在土壤健康梯度上发生变化，从生态简单系统中的无机氮依赖性到健康土壤中的有机氮的高度网络化供应；因此，对土壤健康的投资应增加生态复杂性和植物获取氮的途径，从而在多变的气候条件下获得更具弹性的养分供应和产量。然而，当前的氮评估方法源自对无机氮库大小的历史强调，无法捕捉土壤健康梯度中氮有效性的变化驱动因素。我们强调需要更好地理解调节生物有效性氮的植物-微生物-矿物相互作用，这是提高我们测量氮能力的第一步。我们得出的结论是，有必要利用农业生态系统的复杂性，考虑植物和微生物驱动因素，并将外部氮输入小心地整合到土壤的内部氮网络中，以扩大有机库中氮的生物有效性途径。通过在土壤健康概念中强调氮，我们认为研究人员可以加快氮利用效率和韧性的进步。

图1 上图：健康的土壤促进了由根生长、SOM积累和微生物活动引起的紧急氮循环，为植物获取生物有效性氮提供了多种途径。A） 根分泌物刺激微生物产生生长素和其他促进植物生长的激素，刺激细根的产生。B） 根分泌物增加微生物活性，并产生或刺激有机酸和酶的产生，使MAOM-N能够迁移。C） 原生生物、线虫和其他食肉动物以微生物为食，在“微生物回路”中释放氮。D）在结构良好的健康土壤中，细根可以生长成团聚体和开放微域，氧气刺激微生物活动和氮释放。E） 菌根可以穿透团聚体，进入其他封闭口袋的氮。下图：健康的土壤加强了获取氮的多种内部途径，增加了在多变气候和其他干扰下氮输送的韧性。不健康土壤几乎完全依赖于氮肥，氮肥很少通过有机库循环，而是作为一个巨大的无机氮库，容易被淋失。肥料氮输送的中断（例如水限制）将导致氮限制。健康土壤可被肥料氮所增强，肥料氮通过具有较小生物有效性氮库的有机库实现循环。植物获取氮的多种途径在可变条件下提供了更具韧性的氮供应：如果一个“管道”被关闭，许多其他管道仍可能提供氮。

图2 左图：原位氮供应能力和最佳氮肥用量之间的假设关系表明，在植物根、微生物和矿物之间特定相互作用具有最大影响且最难预测的中间区域，变异最大。右图：在三项研究中，标准化CO₂爆发（干土再湿润释放CO₂的第1、3或4天）与经济最佳玉米生产所需的氮肥之间的关系（N=113）。CO₂爆发可解释为土壤健康和氮有效性的指示，并显示出与最佳氮用量的关系的变化，这与我们的假设大致相似。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2022.108856
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