評價農業管理措施的新型土壤生物指標|FASE專輯

2021-02-07 土壤觀察

導  讀

土壤生物指標和有機碳的表徵是土壤質量指標的發展趨勢。本文分析了土壤生物指標和化學性狀作為新的土壤質量指標的適宜性。

來源：農業科學與工程前沿公號（2020年8月6日）

健康土壤，健康食品

Healthy Soil for Healthy Food

專 輯 文 章 介 紹

 · 第二篇 · 

▎論文ID

Novel soil quality indicators for the evaluation of agricultural management practices: a biological perspective

評價農業管理措施的新型土壤生物指標

期  刊：Frontiers of Agricultural Science and Engineering（FASE）

作  者 :  Giulia BONGIORNO

通訊作者 : Giulia BONGIORNO

Soil Biology Group, Wageningen University and Research, 6700 AA Wageningen, The Netherlands.

Department of Soil Science, Research Institute of Organic Agriculture (FiBL), Ackerstrasse 113, 5070 Frick, Switzerland.

 : giulia.bongiorno@wur.nl

  Cite this article :  

Giulia BONGIORNO. Novel soil quality indicators for the evaluation of agricultural management practices: a biological perspective[J]. Front. Agr. Sci. Eng. , 2020, 7(3): 257-274.    

 · 文 章 摘 要 · 

土壤生物指標和有機碳的表徵是土壤質量指標的發展趨勢。本文分析了土壤生物指標和化學性狀作為新的土壤質量指標的適宜性。本文選取了多種指標：活性有機碳組分（親水溶解有機碳、溶解有機碳、高錳酸鹽可氧化碳(POXC)、熱水可提取碳和顆粒有機物碳）、土壤抑病性、線蟲群落、微生物群落水平的生理特性等。在歐洲10個長期定位試驗(LTES)上，研究了各個指標對耕作和有機質添加的敏感性。發現免耕提高了土壤有機碳的有效性、土壤的抑病性、線蟲的豐富度和多樣性、食物網的穩定性和成熟度，以及微生物的活性和功能多樣性。有機質添加對土壤質量的影響較小，可能與投入的有機質組分不同有關。POXC是區分不同土壤管理措施的最佳指標，其次是線蟲群落。結構方程表明，POXC在養分保持/供應、碳固定、生物多樣性保護、侵蝕控制和疾病調控/抑制中起著重要作用。

關鍵詞：活性碳庫（Labile carbon），長期定位試驗，有機質添加，土壤生物指標，耕作。

 · 文 章 亮 點 · 

1. 基於歐洲10個長期定位試驗的研究，發現新的土壤質量指標對不同農業管理措施較敏感。

2. 不穩定性碳對於土壤管理措施的敏感性最高，其次是土壤線蟲。

3. 土壤健康生物指標在土壤質量評價，以及農業管理措施中具有重要的作用。

 · 文 章 圖 表 · 

圖1：新土壤質量指標(橙色)、土壤過程和生態系統服務(ES)之間的聯繫。

圖2：隨機森林分析表示新的土壤質量指標在區分不同土壤管理措施(即CT-低OM、CT-高OM、RT-低OM和RT-高OM)方面的重要性(精度平均百分比下降)。CT，常規耕作；RT，少耕；OM，有機質；POXC，高錳酸鹽可氧化碳；HWEC，熱水可氧化碳；POMC，顆粒有機物碳；DOC，溶解有機碳；SI，結構指數；Hy-DOC，親水性溶解有機碳；EI，富集指數；MSIR多基質誘導呼吸；MI，成熟度指數；OTU，可操作分類單位；CLPP，群落水平生理剖面。

圖3：通過冗餘分析(RDA)表示土壤質地對(A)重質地(粘土+細粉粒>50%；n=42)和(B)輕質土(粘土+細粉粒<50%；n=59)樣品新土壤質量指標的影響。以紅色表示的土壤質量指標與任一RDA軸在p£0.001處具有顯著相關性。CT-低，常規耕作和低有機質投入；CT-高，常規耕作和高有機質投入；RT-低，免耕和低有機質投入；RT-高，免耕和高有機質投入；OTU，可操作分類單位；POMC，顆粒有機碳；HWEC，熱水可提取碳；POXC，高錳酸鹽可氧化碳；Hy-DOC，親水性溶解有機碳；DOC，溶解有機碳；MI，線蟲富集指數。

圖4：結構方程模型(SEM)顯示了POXC作為各種生態系統服務的預測因子的中心作用，這些服務被放置在SEM框架外的彩色方框中。SEM框架內的白框表示測量變量，箭頭表示屬性之間的單向關係。方框邊框的顏色代表它們所指示的生態系統服務。白色和黑色箭頭分別表示正關係和負關係。箭頭邊的數字表示標準化效果大小，其強度與箭頭的寬度成比例。靠近響應變量框的數字是Rm2(邊際決定係數)和Rc2(條件決定係數)。指出了赤池信息準則(AIC)、修正的赤池信息準則(AICC)、Fisher卡方(Fisher X2)、試驗的p值(P)、自由度(DF)和觀測次數(N)。POXC, 高錳酸鹽可氧化碳;Carbon，碳庫存; OTU, 操作分類單元。Op≤0.1，*p≤0.05，**p≤0.01，***p≤0.001。

表1：在歐洲項目「歐洲和中國農業生產力和環境復原力的土壤質量互動評估」(ISQAPER)框架中測量並用於本研究確定化學、物理和生物土壤質量指標的方法。

表2：重質地和輕質地土壤兩個RDA軸上新土壤質量指標的RDA評分、皮爾遜相關係數(r)和相關p值。

表3：新土壤質量指標的優缺點。

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▎下篇預告

A review of soil nematodes as biological indicators for the assessment of soil health

土壤線蟲作為土壤健康評價的生物指標


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