褚海燕

土壤健康是土壤持续保持陆地生态系统生产力、生物多样性和环境服务功能的能力。土壤健康强调了土壤的生命力、生态属性、社会属性等,以及其对生态环境安全、食物健康、人体健康的能力,是“全球大健康”的一个重要内容。

联合国粮农组织(FAO)提出了“健康土壤带来健康生活”的理念和行动,认为只有健康的土壤才能生产健康的食物,进而孕育健康的人类和健康的社会。据FAO统计显示,全球三分之一的耕地发生了退化,对作物减产影响高达50%;全球20亿人患有微量元素缺乏症,这与土壤中缺乏微量元素密切相关。

因此,培育健康的土壤是实现环境、植物、动物以及人类健康的前提。健康土壤培育作为一种综合性的土壤管理方法,旨在通过科学的农业和环境实践,维护和改善土壤的物理、化学和生物学特性,以支持土壤生产力提升、生物多样性保护以及环境服务功能优化,从而实现可持续农业和生态系统的目标。

当前,我国正密切部署第三次全国土壤普查,土壤生物调查是土壤普查的开创性任务,旨在系统调查全国土壤生物多样性、功能特性及其与土壤质量和生态环境的关系,构建全国土壤生物数据集,绘制高精度土壤生物分布图谱,筛选和建立土壤健康的生物学指标,创建土壤健康的生物学评价方法与技术体系,全面提升土壤健康水平。

该项目的实施将为土壤健康管理、土壤生物培肥技术提供重要基础,为农田生态环境保护和农业可持续发展提供技术支撑。因此,以第三次土壤普查为契机,建议加强土壤生物资源的保护利用,提升我国土壤健康水平,促进动植物健康以及人类健康。具体措施如下:

一、查清我国土壤生物资源现状、保护土壤生物多样性。利用三普土壤生物调查的数据,解析土壤生物的类群、时空分布规律,阐明气候变化、环境污染和农业管理对土壤生物的影响,制定土壤生物多样性的保护措施。

二、完善生物分选技术,提高土壤生物资源的高效获取能力。运用融合微流控与拉曼光谱的单细胞高通量筛菌技术,实现土壤生物资源的高通量分选与单细胞捕获。结合宏基因组学等技术解析不同土壤生物群落的结构与组装过程,识别对土壤健康起关键作用的功能生物,构建土壤生物资源库。

三、利用土壤生物资源、消减环境污染物。针对土壤环境现存主要污染物,例如多环芳烃,重金属和除草剂等,利用三普生物调查资源,挖掘利用污染物高效降解菌,结合物理化学和工程技术,来有效清除或消减土壤以及周边湖泊、河流等环境的有害污染物,提升我国环境质量水平。

四、利用土壤生物资源,促进农业绿色低碳发展。为了达到农业上减肥减药不减产的目标,为加快实现双碳目标,需要充分挖掘土壤生物资源,促进土壤地力提升、促进作物生长、抑制病害,并减少农田土壤碳排放,实现农业丰产和控制碳排放双赢。

五、利用土壤生物资源,促进微生物组定向改造与功能提升。随着合成生物学的发展,通过引入多样化的生物合成途径构建稳定的合成菌群并将其应用于实际场景,正在为健康土壤培育提供新思路。定向构建不同功能的合成菌群,结合材料介导策略创制合成微生物菌剂,如固氮菌、溶磷菌、生防拮抗菌、污染物修复菌剂等;同时结合CRISPR-Cas等基因编辑技术构建工程生物资源,促进土壤生物资源的利用和定向改造。

六、抑制土壤有害生物,促进人类健康。土壤中绝大多数生物发挥着各种生态系统服务功能,对人类健康不造成威胁。土壤中也包括一些可导致人类疾病的生物,可引起人类皮肤创伤、呼吸道或者肠道感染等疾病。未来迫切需要明确土壤中已知的有害生物、分布特征及其影响因素,建立有害土壤生物的人体健康风险评估模型,构建健康风险预警体系,全面支撑环境中生物污染和新型污染防治的科技需求,打造美丽中国,全面推进人与自然和谐共生的现代化。

作者简介:

褚海燕,中国科学院南京土壤研究所研究员、中国科学院大学岗位教授。主要从事土壤生物学、微生物生态学、微生物合成菌群方面的研究工作。主持国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重点项目、第三次全国土壤普查土壤生物调查等项目。发表论文260余篇,主编《土壤生物学》教材。担任中国土壤学会土壤生物和生化专业委员会主任,Soil Ecology Letters共同主编。2019-2024年连续入选科睿唯安全球高被引科学家。

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