农业管理实践评价的新土壤质量指标：生物学观点

文章简介

土壤生物学和土壤有机碳表征方法的发展有可能提供新的土壤质量指标，有助于确定能够维持土壤生产力和环境复原力的管理做法。这项工作旨在综合一系列土壤生物和生化特性作为农业管理新的土壤质量指标的适宜性的结果。通过已发表的文献综述选择的土壤特性包括不同的不稳定有机碳部分（亲水性溶解有机碳、溶解有机碳、高锰酸盐可氧化碳(POXC)、热水可提取碳和颗粒有机物质碳），使用ApyThIumPrimium生物测定法测量的土壤疾病抑制性，通过扩增子测序和qPCR表征的线虫群落，以及使用MicroRespTM测量的微生物群落水平生理谱。POXC是区分土壤管理措施的最佳指标，其次是基于功能特征的线虫指数。结构方程模型表明，POXC在养分保持/供应、碳封存、生物多样性保护、侵蚀控制和疾病调节/抑制方面具有核心作用。

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研究区域

（1）实验场地和管理

      选择管理历史在3至19年之间的10个欧洲长期项目，调查耕作和添加有机物对选择新的土壤质量指标的影响。这十个长期项目位于不同的土壤气候带，覆盖六种不同的土壤类型，由可耕地(八个长期项目)和永久性作物(两个长期项目)组成。主要处理因素分为耕作：免耕、常规耕作(深耕至20–35厘米深度(深层土壤倒置耕作)与免耕、减少耕作至10–15厘米深度(非常浅或不倒置耕作)；有机物质添加：低，不添加矿物肥料和有机物质或仅添加矿物肥料；高，仅添加有机物质或添加有机物质和矿物肥料。

（2）新型土壤质量指标

      以下新的土壤质量指标已在以前的研究中被选择和测量，因为它们与各种土壤过程的联系：①不稳定碳部分，②土壤抑制性，③自由生活的土壤线虫，和④土壤微生物分解代谢概况。

①不稳定碳部分：根据Bongiorno等人的详细说明，测量了各种不稳定碳部分，通过用超纯水摇动土壤样品1小时并通过0.45微滤器过滤来提取溶解的有机碳。

②土壤抑制性：利用已建立的终极腐霉-独行菜(水芹)致病系统模型测量了一般土壤抑制性。土壤抑制病原体的能力是通过比较添加了终极青霉的土壤中的水芹鲜重和未添加病原体的土壤中的水芹鲜重来测定的。

③自由生活的土壤线虫：自由生活的土壤线虫是从潮湿的农田土壤中用淘选器和棉絮提取法提取的，从线虫中提取DNA，并用作qPCR中的模板，以评估线虫的总密度。

④土壤微生物分解代谢概况：使用微型电子探针系统测量土壤微生物群落的群落水平生理分布(分解代谢分布)。

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研究结果

       数据分析结果证明了新型土壤质量指标对耕作和有机质添加的敏感性，分析了土壤质地作为非随机因素对土壤质量评估与管理的影响，并揭示了不稳定有机碳是评估土壤质量的关键指标。新的指标有可能揭示土壤质量的不同和独特的特征，这些特征可能不是从传统的测量指标(即土壤抑制性、食物网信息和生物多样性以及微生物功能能力)中得出的。因此，这些可以在土壤质量评估中以补充的方式使用，以获得更多关于土壤功能的信息。

    此外，作者还测试了假定的POXC的关键作用，在维持各种土壤生态系统服务中进行测试，并在综合扫描电镜模型中可视化，最后得到验证。

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结论与展望

       在土壤质量评估中使用新指标可能具有挑战性。这些考虑适用于新的指标，但也适用于更传统使用的土壤生物、物理和化学指标。然而，后者建立共识和标准化的历史更长。首先，应解决包括采样时间(即相对于作物发育阶段的季节和土壤管理应用时间)在内的方法标准化问题；其次，数据解释取决于数据收集和可用性。在制定阈值、评分曲线、参考值和基准时，这些对于使土壤状态和变化的信息更加精确是必要的；最后，尽管无形土壤质量评估中使用的指标具有易于理解的优势，但将分析性土壤质量指标值转化为对农民和其他土地管理者的意义通常必须由科学家、推广服务顾问和/或计算机算法进行调解。至关重要的是，这些衡量标准有可能转化为实施可持续农业做法的建议·。