【好文分享】來十年中國土壤研究和土壤管理的重點
發表期刊:Geoderma Regional
發(fa)表年份(fen):2022年
通訊作者:張甘霖
通訊(xun)作者(zhe)單位:中國科學院(yuan)土壤研究所
本文亮點:
①已經確定了中國未來十年的七項土壤優先事項。
②保護肥沃的土壤以確保糧食生產并增加土壤碳固存以實現碳中和。
③提高養分利用效率,以最大限度地提高產量并最大限度地減少對環境的影響。
④有效修復受污染的土壤,恢復退化土壤和具有限制因素的土壤。
⑤全面評估土壤健康以維持土壤功能并準確量化土壤在空間和時間上的變化。
1、保護肥沃的農業土壤,確保充足的糧食生產
中國以華北、東北為主要(yao)生產(chan)基地(di)。因(yin)此,黑(hei)土(tu)(tu)(tu)(tu)(Phaeozems 和 Chernozems)在耕地(di)擴張和集(ji)約(yue)(yue)化(hua)方面(mian)都(dou)面(mian)臨壓(ya)力。根據中國科學院 2021 年的一份官方報告,黑(hei)土(tu)(tu)(tu)(tu)正在退(tui)化(hua),表(biao)現(xian)為富含有(you)機物的表(biao)層變薄(bo)、機械壓(ya)實(shi)(shi)作用(yong)增強(qiang)和土(tu)(tu)(tu)(tu)壤(rang)侵蝕嚴重。同樣,由(you)于集(ji)約(yue)(yue)化(hua)程度更高(gao),其他主要(yao)的糧食生產(chan)土(tu)(tu)(tu)(tu)壤(rang)資源,如(ru)稻田土(tu)(tu)(tu)(tu)壤(rang)(Hydragric Anthrosols)和紅(hong)土(tu)(tu)(tu)(tu)(Acrisols、Alisols、Lixisols和 Ferralsols)正在變得(de)酸化(hua),這(zhe)主要(yao)是由(you)于過度使用(yong)合成氮肥和植物吸收堿性陽離子。為了(le)(le)維持這(zhe)些土(tu)(tu)(tu)(tu)壤(rang)資源,必須(xu)采取法律(lv)和技術行動,以確保采用(yong)可持續土(tu)(tu)(tu)(tu)壤(rang)管理實(shi)(shi)踐(jian)的國家土(tu)(tu)(tu)(tu)地(di)保護戰略。緊迫的問(wen)題是更好地(di)了(le)(le)解肥沃農業(ye)土(tu)(tu)(tu)(tu)壤(rang)退(tui)化(hua),并提供扭轉土(tu)(tu)(tu)(tu)壤(rang)退(tui)化(hua)的變革(ge)技術。為了(le)(le)實(shi)(shi)現(xian)這(zhe)一目標,必須(xu)建立(li)實(shi)(shi)時監測(ce)土(tu)(tu)(tu)(tu)壤(rang)退(tui)化(hua)的智能平臺(tai)。
2、增加土壤碳固存以實現碳中和
自 1980 年(nian)代以來,中(zhong)國(guo)的(de)(de)(de)農業土(tu)(tu)壤(rang)已經固存了大(da)量(liang)的(de)(de)(de)碳(tan)。為響應(ying)全球減緩氣候(hou)變化的(de)(de)(de)努(nu)力,中(zhong)國(guo)分別設定了不遲(chi)于2030年(nian)和(he)2060年(nian)達到排放峰值和(he)實(shi)現碳(tan)中(zhong)和(he)的(de)(de)(de)目標。為有效提高土(tu)(tu)壤(rang)固碳(tan)能力,需要進一步研究當前土(tu)(tu)壤(rang)有機和(he)無機碳(tan)儲量(liang)及其不確定性,以及跨時空尺度土(tu)(tu)壤(rang)固碳(tan)的(de)(de)(de)潛在(zai)速(su)率(lv)和(he)機制等關鍵科學問題(ti)。需要開發調節土(tu)(tu)壤(rang)碳(tan)固存的(de)(de)(de)創新方法,特(te)別是對(dui)于草原,耕(geng)地(di)和(he)濕地(di)土(tu)(tu)壤(rang)。同(tong)時,為盡量(liang)減少(shao)溫(wen)室氣體 (GHG) 排放,尤其是 CH 4和(he) N 2 O,需要制定不犧(xi)牲(sheng)糧食產(chan)量(liang)的(de)(de)(de)有效水和(he)養分管理(li)方案。
3、提高養分利用效率,以最大限度地提高產量并最大限度地減少對環境的影響
中國農(nong)業部于(yu) 2015 年(nian)發布了《到 2020 年(nian)化肥使用(yong)零增長行動計(ji)劃》,以(yi)應對上述重(zhong)大挑戰。為(wei)實(shi)現(xian)雙重(zhong)目標,養分(fen)管理的(de) 4R 原(yuan)則,即在正(zheng)確(que)的(de)時間和正(zheng)確(que)的(de)地(di)點以(yi)正(zheng)確(que)的(de)比率使用(yong)正(zheng)確(que)的(de)肥料來源仍然主要(yao)是概念性的(de),需要(yao)變(bian)得切(qie)實(shi)可(ke)行。必須開發在高度集約化種植系統下管理養分(fen)和維持土壤健康的(de)機制和農(nong)藝措施。
4、有效修復污染土壤
根(gen)據(ju)最近的(de)調查,在(zai)中國采集的(de)耕地土壤樣本中約(yue)有 16%超過了質(zhi)量標(biao)準。為防(fang)治(zhi)(zhi)(zhi)土壤污(wu)染,維護土壤環(huan)境(jing),中國于 2016 年發(fa)布(bu)《土壤污(wu)染防(fang)治(zhi)(zhi)(zhi)行(xing)動(dong)計(ji)劃》,2019 年頒布(bu)《土壤污(wu)染防(fang)治(zhi)(zhi)(zhi)法(fa)(fa)》。需(xu)要解決跨界面和跨尺度的(de)土壤污(wu)染問題(ti)。需(xu)要開發(fa)和測試有效(xiao)識別(bie)、監測和評估土壤污(wu)染的(de)新方法(fa)(fa)。更環(huan)保的(de),包括高效(xiao)植物修復需(xu)要開發(fa)旨在(zai)穩定、轉化、去除和生物降解污(wu)染物的(de)功(gong)能(neng)材料。基于多源數據(ju)融(rong)合(he)的(de)方法(fa)(fa),構(gou)建土壤環(huan)境(jing)信息管理和決策支持服務的(de)綜合(he)平臺。
5、恢復退化的土壤和改善具有限制因素的土壤
許多農(nong)業土(tu)(tu)(tu)壤(rang)(rang),主要(yao)是(shi)在(zai)邊緣土(tu)(tu)(tu)地(di)上,正在(zai)經歷酸化(hua)、侵蝕(shi)、鹽(yan)堿化(hua)和(he)(he)堿化(hua)、生(sheng)物退化(hua)、生(sheng)物多樣(yang)性喪失、封閉、板(ban)結、貧瘠和(he)(he)養(yang)分(fen)失衡,或(huo)(huo)者耕作層較淺。需要(yao)解決或(huo)(huo)開(kai)發(fa)科(ke)學(xue)問(wen)題和(he)(he)關鍵技(ji)(ji)術(shu),例如(ru)由自(zi)然和(he)(he)人為因素驅(qu)動的土(tu)(tu)(tu)壤(rang)(rang)退化(hua)的關鍵過程,恢復退化(hua)土(tu)(tu)(tu)壤(rang)(rang)或(huo)(huo)問(wen)題土(tu)(tu)(tu)壤(rang)(rang)的適當管理和(he)(he)技(ji)(ji)術(shu),以及土(tu)(tu)(tu)地(di)利用轉變對(dui)生(sheng)態和(he)(he)環(huan)境(jing)的影響。從非農(nong)業到農(nong)業利用的邊緣土(tu)(tu)(tu)壤(rang)(rang)。作為一個重要(yao)的潛力耕地(di)資(zi)源(yuan),沿(yan)海和(he)(he)干旱環(huan)境(jing)中的鹽(yan)堿地(di),需要(yao)開(kai)發(fa)更加資(zi)源(yuan)有(you)效的技(ji)(ji)術(shu)來利用土(tu)(tu)(tu)壤(rang)(rang)。
6、評估和監測土壤健康以維持土壤生態系統功能
土壤(rang)退化(hua)的(de)(de)主(zhu)要(yao)原因(yin)是(shi)農藥的(de)(de)不可持續使用、污染(ran)物的(de)(de)積累以及廢物資源的(de)(de)低回收率(lv)。作為(wei)最(zui)敏感(gan)和(he)最(zui)關鍵(jian)的(de)(de)指標(biao),土壤(rang)微生物組(zu)需要(yao)被(bei)量化(hua)并整(zheng)合(he)到一(yi)(yi)個全面的(de)(de)土壤(rang)健康評估和(he)監(jian)測系統中(zhong)。為(wei)此,微生物群落及其(qi)功能對氣候變化(hua)、環境污染(ran)和(he)其(qi)他人(ren)為(wei)干擾的(de)(de)響應和(he)反饋需要(yao)進一(yi)(yi)步探(tan)索。
7、更好地理解和準確量化土壤在空間和時間上的變化
包括土(tu)地利(li)用(yong)(yong)變(bian)(bian)化(hua)(hua)(hua)、快速城市化(hua)(hua)(hua)、環境污染和(he)(he)(he)氣候變(bian)(bian)化(hua)(hua)(hua)在內的(de)強烈人為(wei)干(gan)擾以前所未有(you)的(de)方式(shi)改變(bian)(bian)了土(tu)壤(rang)(rang)的(de)性質、過程和(he)(he)(he)功能,具(ju)有(you)高度的(de)時空異質性。準確預(yu)(yu)測空間和(he)(he)(he)時間域中土(tu)壤(rang)(rang)變(bian)(bian)化(hua)(hua)(hua)的(de)可靠模型仍然(ran)是土(tu)壤(rang)(rang)研究(jiu)的(de)挑戰。它(ta)應優先用(yong)(yong)于(yu)預(yu)(yu)測各種自然(ran)背景和(he)(he)(he)人為(wei)影響下的(de)土(tu)壤(rang)(rang)變(bian)(bian)化(hua)(hua)(hua)。需(xu)要新的(de)范(fan)例來(lai)提高數(shu)字土(tu)壤(rang)(rang)測繪的(de)分辨率和(he)(he)(he)準確性,非常需(xu)要基于(yu)多個傳(chuan)感器快速獲取(qu)土(tu)壤(rang)(rang)信息。為(wei)了更好地利(li)用(yong)(yong)、管理、修復和(he)(he)(he)保護土(tu)壤(rang)(rang)資源(yuan),需(xu)要建立一(yi)個全(quan)(quan)面、詳細的(de)全(quan)(quan)國(guo)土(tu)壤(rang)(rang)資源(yuan)清(qing)查和(he)(he)(he)共享平臺。
來源:土壤健康與耕地可持續利用