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“人类大约95%的食物营养素来自土壤。土壤具有提供营养支持作物生长的自然能力。《世界土壤资源状况》报告了对土壤健康的十大威胁，包括侵蚀、土壤有机碳损失、营养失衡、盐碱化和酸化，《可持续土壤管理自愿准则》概述了抵消和扭转这些土壤退化驱动因素的关键行动。在这两份文件中，营养失衡被确定为影响全球土壤健康的主要威胁。2022年FAO发布了《Soils for nutrition: state of the art》报告，旨在回顾土壤肥力在为更健康的植物、动物和人类生产充足、安全和更营养的食物方面的作用。 公众号分3期推出全球土壤养分预算、土壤肥力与作物营养及可持续土壤肥力管理等专题概述，本期为第2部分。 缺乏营养的土壤会产生缺乏营养的植物，最终导致隐性饥饿。在全球范围内，约2/3的世界人口面临缺乏一种或多种必需矿物质元素的风险。造成营养不良或隐性饥饿的部分原因是不可持续的农业做法。这种做法只注重作物产量最大化，因此，导致了食物营养价值的下降。研究表明，土壤的物理化学和生物特征与作物中微量元素的浓度之间存在密切关系，如在中东-西亚地区，若干综合因素导致粮食不安全，包括与干旱有关的农业产量低、钙质土壤丰富、有机质（SOM）含量低、肥料获取和稀缺有限以及土壤缺乏养分。 土壤微量养分循环 土壤微量养分循环依赖于若干土壤和生物因素，如土壤pH、氧化还原电位、与其他离子的相互作用、土壤矿物学和有机质含量、微生物活性和多样性。事实上，土壤的物理、化学和生物特性决定了调控土壤中大量和微量营养素有效性和/或缺乏性的过程和相互作用的复杂性。土壤养分含量（包括大量和微量元素）直接受到母质中主要矿物质浓度的影响。一般而言，土壤黏性物质（土壤次生矿物质）含量越高，土壤胶体对带正电荷的微量元素（如Zn2+、Fe2+、Cu2+、Mn2+）的滞留越强，抗淋溶和养分损失越强。与阴离子微量元素（如Mo-、Cl-）相反，阳离子微量元素的有效性通常随pH的增加而降低。 土壤有机质（SOM）在调节推动农业土壤中微量元素有效性的物理化学反应中起主导作用。微生物活动和根系分泌物中的有机化合物（SOM的一部分）可以通过螯合反应与一些微量营养素结合，从而形成更稳定的微量营养素复合物。SOM可以贡献20%-70%的土壤阳离子交换容量（CEC），并增加微量元素的有效性（Fe、Mn、Zn、Cu、Co）（图1）。同样，土壤微生物可以产生有机酸（柠檬酸、酒石酸、苹果酸和α-酮葡萄糖酸），这些有机酸可以与土壤中的金属阳离子形成化学络合物，并将潜在毒性降至最低。
肥料在作物生产和营养中的作用 对调节养分有效性、土壤性质和环境条件的过程的理解需要进一步提高，以便进一步利用和适应更广泛的地理范围。只有这样，它才能有效地实施定制的施肥措施，从而改善微量营养素管理，支持土壤和人类健康。要解决有机和化学养分管理的相关问题，不仅需要改进技术和科学数据驱动的知识，而且还必须解决资源缺乏的问题。 通过单独施用有机改良剂或与化肥联合施用，平衡地向土壤施用微量元素是提高微量元素有效性的可行选择。全球各地都观察到微量元素施肥（主要集中在锌施肥）导致的产量增加。在津巴布韦，采用改良的土壤肥力管理（化学和有机）导致膳食锌缺乏症从68%减少到55%。这种影响是通过应用先前研究的数据进行EXANTE计算来估计的，该研究报告称，在接受有机营养资源的田地上，对植物有效的土壤锌的浓度增加了两倍。作者将土壤中植物有效锌的增加与更大的谷物锌浓度联系起来，玉米中的平均锌浓度为25 mg/kg。一份来自非洲的综述报告了锌施肥对玉米生产力的积极影响，并指出有机和无机锌的施用不仅有助于粮食产量的提高，而且在60%-80%的情况下对粮食营养质量的益处更大。另一个好处是抑制根病原体和根线虫侵扰。 结语 土壤肥力和营养涉及从分子到整个地球范围内的过程。我们对这些进程的干预可能会加剧我们面临的全球挑战，但也可以进行修改以解决这些挑战。《Soils for nutrition: state of the art》有助于从粮食生产和粮食安全的角度理解与土壤肥力有关的过程，以及与化肥滥用和过度使用有关的环境和气候变化影响。 |
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