土壤改良：培育有机质和微生物健康，助力全球农业

健康的土壤是繁荣的生态系统和可持续农业的基础。它不仅仅是泥土；它是一个复杂的生命系统，充满了生命，特别是丰富的有机质和多样的微生物群落。这些组成部分密不可分，在养分循环、保水、抑制病害和整体土壤健康方面发挥着至关重要的作用。本指南将深入探讨土壤中有机质和微生物健康的重要性，并探讨促进其生长和活性的实践，以在全球范围内提高农业生产力和环境可持续性。

土壤有机质（SOM）的重要性

土壤有机质（SOM）是指土壤中所有曾经是生物的部分，包括动植物残骸、分解的生物以及腐殖质。它是土壤质量的重要指标，影响着各种物理、化学和生物性质。SOM对以下方面至关重要：

• 保水性：SOM像海绵一样，可以吸收数倍于自身重量的水，在干旱期间为植物提供水分。这在干旱和半干旱地区尤其关键。
• 养分可用性：SOM是氮、磷、钾等必需植物养分的储存库。随着其分解，这些养分会以植物易于吸收的形式释放出来。
• 土壤结构：SOM将土壤颗粒结合在一起，形成团聚体，从而改善土壤结构、通气和排水。这可以减少土壤压实和侵蚀。
• 碳封存：SOM是一个重要的碳汇，通过将大气中的碳储存在土壤中，帮助减缓气候变化。
• 侵蚀控制：SOM改善的土壤结构降低了降雨和风的影响，最大限度地减少了土壤侵蚀和养分流失。

全球视角：在非洲萨赫勒地区等土壤退化和缺水是主要挑战的地区，增加SOM对于恢复土壤肥力和提高农业生产力至关重要。同样，在欧洲和北美的集约化农业系统中，维持SOM水平对于防止土壤侵蚀和养分耗竭至关重要。

土壤微生物的作用

土壤是微生物的巨大而多样的家园，包括细菌、真菌、原生动物、线虫和古菌。这些微生物在以下方面发挥着重要作用：

• 分解作用：微生物分解有机质，释放养分供植物吸收，并形成腐殖质。
• 养分循环：它们参与各种养分循环，例如固氮（将大气中的氮转化为植物可利用的形式）、磷酸溶解（使磷可供植物吸收）和硫氧化。
• 病害抑制：有益微生物可以通过与病原体竞争、产生抗生素或诱导植物产生系统抗性来抑制植物病害。
• 改善土壤结构：特别是真菌，会产生葡萄糖霉（glomalin），一种粘性物质，有助于将土壤颗粒结合在一起，从而改善土壤结构。
• 促进植物生长：一些微生物，如菌根真菌和促生根际细菌（PGPR），通过改善养分吸收、水分吸收和抗逆性来促进植物生长。

全球视角：在东南亚的稻田中，固氮细菌在为水稻提供氮方面发挥着关键作用。在亚马逊雨林中，菌根真菌对于营养贫瘠土壤中的养分吸收至关重要。了解和利用土壤微生物的力量对于全球各种生态系统中的可持续农业至关重要。

构建土壤有机质和促进微生物健康的实践

一些农业实践可以显著提高土壤有机质并促进蓬勃发展的微生物群落。这些实践适用于全球不同的耕作系统和地区：

1. 覆盖种植

覆盖作物主要是为了改善土壤健康而种植的植物，而不是为了直接收获。它们提供了许多好处：

• 增加SOM：覆盖作物在分解时向土壤中添加有机质。
• 养分循环：一些覆盖作物，如豆科植物，可以固定大气中的氮，从而使土壤富含这种必需的营养素。
• 侵蚀控制：覆盖作物通过提供地面覆盖来保护土壤免受侵蚀。
• 杂草抑制：它们可以通过竞争资源来抑制杂草。
• 改善土壤结构：覆盖作物的根系可以改善土壤结构和通气。

示例：在美国中西部，农民在收获玉米或大豆后通常使用黑麦、燕麦和三叶草等覆盖作物。在欧洲，芥菜通常用作覆盖作物。在南美洲，向日葵和绒毛豆等覆盖作物被用于改善热带地区的土壤肥力。

2. 堆肥和施肥

堆肥和粪肥是有价值的有机改良剂，可向土壤添加有机质和养分。它们还引入了有益的微生物。

• 增加SOM：堆肥和粪肥富含有机质，可改善土壤结构、保水性和养分可用性。
• 养分供应：它们以缓释形式提供必需的植物养分。
• 微生物接种：堆肥和粪肥含有多样的有益微生物群落。

示例：在中国，传统耕作系统长期以来一直依赖堆肥和施肥来维持土壤肥力。在非洲许多地区，农民在小农户中使用动物粪便来改善土壤健康。蚯蚓堆肥（利用蚯蚓分解有机废物）作为一种生产高质量堆肥的可持续方式，在全球范围内越来越受欢迎。

3. 减少耕作或免耕农业

耕作是为了种植和除草而对土壤进行的机械扰动。减少耕作或免耕农业可以最大限度地减少土壤扰动，从而带来许多好处：

• 增加SOM：减少耕作使有机质在土壤表面积累。
• 改善土壤结构：最小的扰动可以保持土壤团聚体并改善土壤结构。
• 减少侵蚀：较少的扰动会降低土壤侵蚀的风险。
• 增强微生物活性：减少耕作可以促进更稳定的土壤环境，有利于有益微生物。

示例：免耕农业在中美洲（尤其是在巴西和阿根廷）得到了广泛应用，它在减少土壤侵蚀和改善土壤健康方面发挥了重要作用。在澳大利亚，保护性耕作措施被用于应对旱地农业区的土壤退化。采用免耕措施通常需要专门的设备和管理策略。

4. 轮作

轮作是指在同一块土地上按计划顺序种植不同的作物。它有助于：

• 改善土壤健康：不同的作物具有不同的根系和养分需求，从而实现更均衡的养分循环和改善的土壤结构。
• 打破病虫害循环：轮作可以破坏病虫害的生命周期。
• 增加SOM：在轮作中包含覆盖作物或绿肥作物可以增加SOM。

示例：在欧洲，传统的轮作系统通常包括谷物、豆类和根茎类作物。在印度，农民可能会将水稻与豆类或油料作物进行轮作。具体的轮作系统取决于气候、土壤类型和市场需求。

5. 农林复合经营

农林复合经营将树木和灌木整合到农业系统中。它提供了许多好处：

• 增加SOM：树木和灌木通过落叶和根系分解为SOM做出贡献。
• 改善土壤结构：树木的根系可以改善土壤结构并防止侵蚀。
• 养分循环：树木可以从更深的土壤层获取养分，并使其可供其他植物使用。
• 改良微气候：树木可以提供遮荫并减缓风速，为作物和微生物创造更有利的环境。

示例：在非洲，间种（在树木行之间种植作物）是一种常见的农林复合经营实践。在东南亚，将树木、灌木和作物整合在一起的家庭花园是一种传统的农林复合经营形式。林牧结合（结合树木和牲畜放牧）在世界许多地方都有实践。

6. 菌根接种

菌根真菌与植物根系形成共生关系，从而增强养分和水分的吸收。在营养贫瘠或受干扰的土壤中接种有益的菌根真菌可以改善植物生长和适应性。

示例：在园艺和林业中，菌根真菌接种日益被用于改善幼苗的建立和生长。目前正在进行研究，以探索菌根接种在更广泛的农业系统中的潜力。不同类型的菌根真菌适合不同的植物种类和土壤条件。

7. 减少化学投入

过量使用合成肥料和农药会对土壤微生物造成危害并破坏土壤健康。减少化学品的使用并采用综合虫害管理（IPM）策略有助于保护土壤微生物群落。

示例：有机农业系统优先采用天然的病虫害防治方法，如轮作、覆盖种植和生物防治，最大限度地减少合成化学品的使用。IPM包括结合使用多种方法来管理病虫害，包括监测、生物防治以及在必要时有针对性地使用农药。

评估土壤健康

定期评估土壤健康对于监测土壤改良实践的有效性并确定需要改进的领域至关重要。有几种方法可用于评估土壤健康，包括：

• 目视评估：观察土壤结构、颜色和团聚性可以为了解土壤健康提供有价值的见解。
• 土壤测试：对土壤样本进行化学分析可以确定养分水平、pH值和有机质含量。
• 生物评估：分析土壤微生物群落的组成和活性可以提供有关土壤微生物群落健康和功能的信息。
• 物理评估：测量土壤容重、水分渗透率和团聚体稳定性可以评估土壤的物理性质。

全球视角：土壤健康评估方法不断发展，日益重视生物指标。正在开发和实施标准化的土壤健康评估方案，为监测土壤健康趋势提供一个一致的框架。

挑战与考量

尽管构建土壤有机质和促进微生物健康具有诸多益处，但也有一些挑战和需要考虑的事项：

• 时间和投资：构建健康的土壤需要时间和对覆盖作物、堆肥或设备进行初步投资。
• 知识和专业知识：有效实施土壤改良实践需要土壤科学、农学和微生物学方面的知识和专业知识。
• 气候和土壤类型：不同土壤改良实践的有效性可能会因气候和土壤类型而异。
• 市场需求：农民在采用土壤改良实践时需要考虑市场需求和盈利能力。
• 政策支持：政府政策和激励措施可以在促进可持续土壤管理实践的采用方面发挥至关重要的作用。

结论

构建健康的土壤对于可持续农业和健康的地球至关重要。通过专注于增加土壤有机质和促进蓬勃发展的微生物群落，我们可以提高土壤肥力，提高作物产量，减缓气候变化，并保护我们的自然资源。实施本指南中概述的实践，同时考虑不同地区的具体挑战和机遇，将有助于为子孙后代建立一个更具韧性和可持续性的粮食系统。进一步的研究和合作对于增进我们对土壤生态系统的理解以及开发土壤健康管理方面的创新解决方案至关重要。我们地球的长期健康取决于我们土壤的健康。投资于土壤健康就是投资于我们的未来。