释放内在力量：全球土壤微生物组增强指南

我们脚下的土壤远不止是泥土。它是一个生机勃勃的生态系统，一个由微生物组成的复杂而动态的群落，统称为土壤微生物组。这支无形的生力军在植物健康、养分循环和整体环境可持续性方面发挥着至关重要的作用。理解并增强土壤微生物组对于实现全球粮食安全、减缓气候变化和建立有韧性的农业系统至关重要。

什么是土壤微生物组？

土壤微生物组包括生活在土壤中的所有微生物，包括细菌、真菌、古菌、病毒、原生动物和线虫。这些生物体在复杂的相互关系网络中彼此互动，并与植物根系相互作用，影响着从养分有效性到病害抑制的方方面面。

• 细菌： 它们是土壤中最丰富的微生物，负责多种功能，包括固氮、分解有机物和溶解磷。例如，根瘤菌与豆科植物形成共生关系，将大气中的氮转化为植物可利用的形式，这一过程在世界许多地区都至关重要，从巴西的大豆生产到印度的豆类种植。
• 真菌： 真菌在养分循环、分解和植物保护中扮演着关键角色。例如，菌根真菌与植物根系形成共生关系，扩大了根系的覆盖范围，增强了养分和水分的吸收。丛枝菌根真菌 (AMF) 在非洲和澳大利亚部分地区常见的缺磷土壤中尤为重要。
• 古菌： 尽管常被忽视，但古菌在土壤过程中的重要性日益得到认可，尤其是在极端环境中。它们可以参与氮循环和有机物的分解。
• 病毒： 病毒，包括感染细菌的噬菌体，可以显著影响土壤微生物组的组成和活动。
• 原生动物与线虫： 这些微小生物以细菌和真菌为食，调节它们的种群数量，并将养分释放回土壤中。

为何增强土壤微生物组如此重要？

一个健康且多样化的土壤微生物组能带来诸多益处：

• 改善养分循环： 微生物分解有机物，释放出植物可以轻易吸收的必需养分，如氮、磷、钾。这减少了对化肥的需求，最大限度地减少了对环境的影响，并促进了可持续农业。例如，在欧洲和北美的有机农业系统中，利用覆盖作物和堆肥来刺激微生物活动，提高养分有效性。
• 促进植物生长： 某些微生物会产生植物生长激素，如生长素和赤霉素，刺激根系发育和整体植物生长。这可以提高产量和作物质量。在东南亚，使用如植物生长促进根际细菌 (PGPR) 等有益微生物来提高水稻产量的做法越来越受欢迎。
• 抑制病害： 有益微生物可以与植物病原体竞争或直接抑制它们，从而减少病害的发生和对化学农药的需求。例如，木霉菌被广泛用作对抗各种真菌病原体的生物防治剂。
• 增强抗逆性： 微生物可以帮助植物耐受环境胁迫，如干旱、盐碱和重金属污染。例如，在中东干旱地区的研究正在探索利用内生菌（生活在植物组织内的微生物）来改善植物在干旱条件下的存活和生长。
• 改善土壤结构： 微生物活动有助于形成稳定的土壤团聚体，改善土壤结构、水分渗透和通气性。这能促进根系生长并减少土壤侵蚀。
• 碳封存： 一个健康的土壤微生物组可以增强土壤中的碳封存，有助于减缓气候变化。微生物分解有机物，将其转化为稳定的碳形式，可以长期储存在土壤中。

增强土壤微生物组的策略：全球视角

有几种有效的策略可以增强土壤微生物组，适用于各种农业系统和地理位置：

1. 减少化学品投入

化肥、杀虫剂和除草剂会对土壤微生物组产生负面影响，降低其多样性和功能性。最大限度地减少或消除这些化学品的使用对于促进健康的土壤生态系统至关重要。强调生物控制和其他非化学害虫管理方法的综合害虫管理 (IPM) 策略正在全球范围内日益普及。

2. 增加有机质

向土壤中添加有机质，如堆肥、粪肥、覆盖作物和作物残茬，为土壤微生物提供了食物和能量，刺激了它们的生长和活动。不同类型的有机质对微生物组有不同的影响，因此为您的特定土壤和作物选择合适的材料非常重要。例如：

• 堆肥： 堆肥是有益微生物和养分的丰富来源。不同的堆肥方法，如蚯蚓堆肥法，可以进一步增强堆肥的微生物多样性和质量。在亚洲许多地区，传统的堆肥实践正在现代化，以提高效率并减少对环境的影响。
• 粪肥： 牲畜粪便可以是有机质和养分的宝贵来源。然而，重要的是要对粪肥进行堆肥或妥善管理，以减少病原体和养分流失的风险。
• 覆盖作物： 覆盖作物是专门为改善土壤健康而种植的植物。它们可以为土壤增加有机质、抑制杂草并防止土壤侵蚀。豆科覆盖作物，如三叶草和紫云英，还可以在土壤中固氮。在南美洲，覆盖作物越来越多地被用于改善大豆和玉米生产系统中的土壤健康。
• 作物残茬： 收获后将作物残茬留在土壤表面可以为土壤微生物提供食物，并保护土壤免受侵蚀。然而，妥善管理作物残茬以防止病虫害的滋生非常重要。

3. 实行免耕或少耕

耕作会破坏土壤结构并伤害土壤微生物。免耕或少耕实践最大限度地减少了土壤扰动，促进了更稳定、更多样化的土壤微生物组。免耕农业在北美和南美被广泛实践，并且在世界其他地区的采用率也在增长。

4. 轮作

轮作有助于打破病虫害循环并改善土壤健康。不同的作物对土壤微生物组有不同的影响，因此轮作可以促进一个更多样化、更平衡的微生物群落。非洲和亚洲的传统轮作系统早已认识到将豆科作物与其他作物轮作以提高土壤肥力的好处。

5. 接种有益微生物

通过使用生物肥料或生物农药向土壤中引入有益微生物，可以增强土壤微生物组的特定功能，如固氮或抑制病害。含有根瘤菌、菌根真菌或其他有益微生物的生物肥料在许多国家都有商业销售，并被用于提高作物产量和减少对化肥的需求。在印度，政府正在推广使用生物肥料以改善土壤健康并减少农业对环境的影响。

6. 管理土壤pH值

土壤pH值显著影响微生物活动。维持最佳的土壤pH值水平（通常在6.0到7.0之间）对于支持健康的土壤微生物组至关重要。通过土壤测试和使用石灰或硫磺进行改良可以帮助将土壤pH值调整到合适的范围。

7. 改善土壤排水

渍水土壤会限制氧气供应，抑制有益好氧微生物的生长。改善土壤排水可以为多样化且活跃的土壤微生物组创造一个更有利的环境。

8. 综合养分管理

结合有机和无机养分源可以为植物和土壤微生物提供均衡的养分供应。综合养分管理策略旨在优化养分利用效率并最大限度地减少环境影响。

案例研究：土壤微生物组增强实践

以下是一些在世界不同地区成功应用土壤微生物组增强的例子：

• 巴西： 在巴西的大豆产区，广泛采用免耕与覆盖作物相结合的耕作方式。该系统改善了土壤健康，减少了土壤侵蚀，并增强了碳封存。研究人员也正在探索使用含有固氮菌的生物肥料，以减少对合成氮肥的需求。
• 印度： 印度政府正在推广使用生物肥料和有机耕作方式，以改善土壤健康并减少农业对环境的影响。政府还鼓励农民采取结合有机和无机养分源的综合养分管理策略。
• 肯尼亚： 在肯尼亚，小农户正在采用保护性农业实践，如免耕、覆盖作物和轮作，以改善土壤健康和提高作物产量。他们还使用本地生产的堆肥和粪肥来提高土壤肥力。
• 荷兰： 荷兰是可持续农业的领导者，并积极推广使用土壤微生物组增强策略。农民们正在使用覆盖作物、堆肥和生物肥料来改善土壤健康，减少对合成投入品的需求。

挑战与机遇

虽然增强土壤微生物组的好处显而易见，但其广泛应用也面临一些挑战：

• 复杂性： 土壤微生物组是一个复杂而动态的系统，很难预测不同的管理实践会如何影响它。
• 具体情况的特殊性： 增强土壤微生物组的最佳策略会因土壤类型、气候、作物和管理实践的不同而有所差异。
• 缺乏认识： 许多农民不了解土壤微生物组的重要性，也不知道如何有效管理它。
• 成本： 一些土壤微生物组增强策略，如使用生物肥料，可能成本高昂。

尽管存在这些挑战，但在全球范围内推广土壤微生物组增强也存在巨大机遇：

• 研发： 需要持续的研究来更好地了解土壤微生物组，并开发更有效、更经济的土壤微生物组增强策略。
• 教育与推广： 农民需要获得关于土壤微生物组管理的信息和培训。
• 政策支持： 政府可以通过为采用可持续农业实践的农民提供激励措施，在推广土壤微生物组增强方面发挥作用。
• 私营部门创新： 私营部门可以开发和推广创新的土壤微生物组增强产品和服务。

给全球农民和从业者的可行见解

您可以采取以下一些实际步骤来增强您农业系统中的土壤微生物组：

• 进行土壤测试： 定期进行土壤测试可以提供关于土壤养分含量、pH值和有机质水平的宝贵信息。
• 减少化学品投入： 最大限度地减少或消除化肥、杀虫剂和除草剂的使用。
• 增加有机质： 向土壤中添加堆肥、粪肥、覆盖作物或作物残茬。
• 实行免耕或少耕： 最大限度地减少土壤扰动。
• 轮作： 进行作物轮作以打破病虫害循环并改善土壤健康。
• 考虑使用生物肥料： 探索使用含有有益微生物的生物肥料。
• 管理土壤pH值： 维持最佳的土壤pH值水平。
• 改善土壤排水： 确保良好的土壤排水。
• 寻求专家建议： 咨询土壤科学家或农业推广人员以获得量身定制的建议。

结论：一个由健康土壤驱动的未来

土壤微生物组是健康、可持续农业系统的关键组成部分。通过理解和增强土壤微生物组，我们可以改善养分循环、促进植物生长、抑制病害、增强抗逆性、改善土壤结构并封存碳。增强土壤微生物组不仅仅是一种趋势；它是向更可持续、更有韧性的粮食系统的根本转变。通过采用可持续的农业实践并拥抱土壤微生物组的力量，我们可以为所有人建立一个更健康的地球和更有粮食保障的未来。随着农业实践的发展，优先考虑土壤健康和微生物组增强对于实现全球可持续发展目标至关重要。

要充分利用土壤微生物组的潜力，需要跨越地域界限的共同努力、持续的研究和知识共享。让我们共同努力，释放内在的力量，培育一个由健康土壤驱动的未来。