本帖最后由 liyide168 于 2025-7-25 08:17 编辑 * l& q+ Q3 {/ L; m0 i/ t
4 R- h/ c- q$ C# `2 W! b D预计到2050年，全球人口将达到约100亿，届时对粮食的需求相比2010年将增长35%至56%。 然而，目前全球范围内集约化的工业农业模式越来越依赖于少数高产作物品种，这些品种通常需要大量使用合成化肥和农药。 这种做法导致了严重的生态与环境问题，包括病原体传播、土地退化、水体富营养化、生物多样性丧失以及生态系统多功能性的下降。 在单一种植体系中，主要栽培的一年生作物对极端气候变化以及其他不利环境因素高度敏感，而这些变化正是当前气候变化的直接后果，包括极端干旱、强降雨、温度异常、害虫与病原体的高频发生。 已有多项研究指出，农业实践可以从新兴生态学理念中获益，这些理念有助于深化对植物与土壤中非生物与生物因子之间相互作用的理解。 在农业中测试这些生态学新理论，促使人们探索如何通过植物与土壤的管理，实现粮食生产体系的可持续发展。 作物的驯化与育种产生了许多高产作物品种，但这些品种与其野生祖先之间可能存在不同的植物-土壤相互作用机制。 尽管大多数作物研究主要集中于提升产量，生态学研究则更强调系统性视角，关注植物与土壤之间复杂而多维的相互反馈机制。 这一“植物-土壤反馈”（plant-soil feedback, PSF）概念不仅涉及植物对土壤条件的响应，也包括植物如何通过一系列机制主动改变根际环境，例如释放碳源物质吸引特定微生物群、调控根系分泌物诱导特定微生物定殖、以及植物根系与土壤生物共同改变土壤结构与化学性质等。 植物与土壤之间的相互作用构成了动态的反馈循环，进而影响植物表现、土壤健康以及整个生态系统功能。 这些相互作用还会在土壤中留下“遗产效应”，影响后续植物世代的生长与发育。 这种遗产效应可以在土壤中持续多年，受植物种群空间配置的影响，并进一步驱动植被演替与群落组成的变化。 然而，注重产量的育种项目常常忽视了除病原体相关以外的植物-土壤反馈机制。 植物-土壤反馈的概念为解析植物与土壤生物之间的互动提供了框架，这些互动可以通过促进有益微生物活动和/或抑制土传病原体，从而增强作物生长。 值得注意的是，植物-土壤反馈在农业中有着深厚的历史根基，例如轮作制度就是一种常见做法，用于抑制土传病原体和寄生物的积累。 然而，出于经济激励考虑，许多轮作制度中作物种类的多样性被大幅削减，导致对病原体敏感的作物更加频繁地被种植。 这种现象使得土传病原体和寄生虫在土壤中的数量得以积累。 在缺乏作物多样化的轮作体系中，土传病原体在下一个种植季节开始前没有足够时间自然衰减。 因此，减少作物轮作不仅促进了病原体积累，还导致人们不得不依赖农药控制病害，而这些农药同时会损害如丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi, AMF）等有益微生物，以及其他多种土壤生物。 土壤生物多样性中关键组成部分的丧失，可能进一步加剧土壤养分流失、温室气体排放，并由于土壤结构恶化而降低其持水能力。 这些变化共同加剧了环境污染与食品污染问题。 与仅聚焦病原体的轮作制度不同，植物-土壤反馈的概念更加全面，它也涵盖了共生体、分解者及其他对植物生长、生产力及生态系统服务产生影响的土壤生物。 通过对植物-土壤反馈在自然生态系统中调控植物群落组成作用的深入理解，研究者发现了其在植物共存、入侵性、演替、生物多样性与生态系统功能等方面的重要影响。这些生态学洞见为将植物-土壤反馈原理应用于农业开辟了新途径，其意义不仅限于传统的病原体防控。 通过更广泛地管理农业系统中的植物-土壤反馈，有望促进土壤健康，从而增强粮食生产系统的可持续性与在极端气候下的韧性。 尽管生产充足粮食仍是农业的首要目标，但融入植物-土壤反馈理念有助于减少对化学输入的依赖，降低环境污染，进而促进生态系统服务的保护与长期可持续发展。 中国农业大学资源与环境学院张福锁院士团队的张俊伶等人的目标是回顾并探讨近年来在植物-土壤反馈机制方面取得的进展，这些成果可用于制定策略，在农业系统中增强正向反馈效应、降低负向反馈效应，从而提升作物产量与生态系统功能。 具体而言，我们从两个层面解析植物-土壤-微生物相互作用机制：（1）植物物种或基因型如何选择、促进并利用微生物群落以实现有利于生长发育的结果；（2）如何优化农田管理策略，以加强作物生长与微生物驱动的土壤功能之间的协同作用。我们旨在拓展农业领域对植物-土壤相互作用的理解，不仅限于植物-敌害的关系，而是建立一套基于自然的、可持续的粮食生产方法。 + |4 s, k; r, |3 d: X3 t5 a$ G8 h, x
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