​Nature Communications | 蚯蚓为全球粮食生产做出重大贡献

论文信息

期刊：Nature Communications

题目：Earthworms contribute significantly to global food production

作者：Steven J. Fonte（科罗拉多州立大学）

时间：2023-9-26

研究背景

 农业集约化（例如通过改良作物品种、农用化学品投入、机械化耕作）在很大程度上为上个世纪不断增长的人口提供了食物，然而，这些变化也付出了巨大的环境代价，包括生物多样性丧失、水和空气污染、气候变化以及其他多种副作用。随着全球粮食需求的持续增长，预计这些问题只会愈演愈烈，因此强调需要采用更多的生态农业管理方法来生产粮食。土壤的可持续管理和整体土壤健康是生态农业集约化努力的关键因素，因为土壤生物群落在支持粮食生产和一系列其他生态系统服务方面具有巨大潜力。尤其是蚯蚓，它是重要的生态系统工程师，通过影响土壤结构、水分捕获、有机物循环和养分供应来影响植物生长。研究还表明，蚯蚓能促进植物生长激素的产生，并引发作物对常见土壤病原体的有效免疫反应。尽管蚯蚓被广泛认为是健康土壤的指标和建设者，但人们对蚯蚓和其他有益土壤生物对全球农业生产的潜在贡献仍然知之甚少 ，然而这些知识对于创新新的生态农业实践和政策至关重要。

研究方案

本文利用一项meta分析的平均效应大小来估算蚯蚓对主要谷物和豆类作物产量的影响，该分析报告了不同作物类型、土壤特性（质地、pH 值）、氮肥投入以及不同蚯蚓丰度水平下蚯蚓对产量的不同反应。这些数值与最新的蚯蚓分布和丰度图以及全球土壤、管理和作物数据层相结合，可估算出蚯蚓对全球农业生产的潜在贡献。

研究结果

蚯蚓对本研究中考虑的主要谷物和豆类作物的全球产量的贡献率约为5.4%。如果只看常见的谷类作物（水稻、玉米、小麦、大麦），蚯蚓的贡献估计占全球产量的6.45%，即大约1.28亿公吨谷物。蚯蚓对豆科作物（如大豆、干豆、豌豆、鹰嘴豆、扁豆、紫花苜蓿、苜蓿）的影响较小，仅占全球总产量的2.3%，即1,600万公吨。

 在考虑蚯蚓对不同地区的影响时，研究发现撒哈拉以南非洲地区的相对影响最大，据估计，蚯蚓对该地区谷物总产量的贡献约为10%，对豆类产量的贡献约为3.2%。紧随其后的是拉丁美洲和加勒比海地区，那里大约 8%的谷物产量和 3.1%的豆类产量可归功于蚯蚓。在全球南部，蚯蚓对产量的影响更大，这似乎与土壤的 pH 值普遍较低、粘土含量较高以及化肥投入较少有关，所有这些因素都表明蚯蚓对植物生长的相对益处更大。

研究结果表明，蚯蚓是全球粮食生产的重要驱动因素，对农业生态政策和实践的投资，以支持蚯蚓种群和整体土壤生物多样性，可能大大有助于可持续的农业目标。

图1. 蚯蚓对全球产量的贡献

图2. 蚯蚓对作物生产的区域贡献

主要结论

本研究首次尝试量化有益土壤生物对全球农业生产的贡献。虽然蚯蚓的作用值得注意，但其他土壤生物可能同样重要，因此需要进一步研究。此外，需要明确的是，本研究并不主张在目前没有蚯蚓的地区广泛接种蚯蚓，因为这会对邻近的自然区域造成非常不良的生态后果。相反，本文建议投资于持续研究和推广生态农业管理方法，以增强包括蚯蚓在内的整个土壤生物群落，从而支持有助于农业长期可持续性和恢复力的一系列生态系统服务。

声   明

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