论文标题：Soil security and global food security
期刊：Frontiers of Agricultural Science & Engineering
作者：David R. MONTGOMERY
发表时间：15 Jun 2024
DOI：10.15302/J-FASE-2023530
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耕地保育与产能提升
Soils for Food Security
专 辑 文 章 介 绍
· 第八篇 ·
▎论文ID
Soil security and global food security
土壤安全与全球粮食安全
发表年份：2024年
第一作者：David R. MONTGOMERY
通讯作者：David R. MONTGOMERY
邮箱：bigdirt@uw.edu
作者单位：华盛顿大学地球与空间科学系
Cite this article :
David R. MONTGOMERY. Soil security and global food security. Front. Agr. Sci. Eng., 2024, 11(2): 297–302https://doi.org/10.15302/J-FASE-2023530
· 文 章 摘 要 ·
土壤流失与退化对世界各地社会产生深远影响，主要源于农业活动加剧了土壤侵蚀，降低了土壤有机质，导致土壤酸化或盐度改变，并破坏了土壤生物群落。随着全球人口持续增长，土壤持续退化对粮食安全的威胁日益加剧。因此，农民亟需采纳能改善土壤健康的再生实践，以应对土壤管理的遗留问题。大量实证表明，采用覆盖作物、减少耕作及多样化轮作的农业系统可减轻侵蚀，提高土壤健康，重建土壤有机物，并促进有益土壤生物群落，从而实现经济与环境双赢。在未来的后石油时代，为推动全球粮食安全，我们应致力于土壤恢复，以应对可持续供养全球的挑战；同时提升土壤碳封存能力，提高生物多样性，减少农田引发的水污染。鉴于土壤安全对全球粮食安全至关重要，农业政策与补贴应倾向于鼓励农民采纳土壤再生实践。
· 文 章 亮 点 ·
1. 世界上大部分农业用地因土壤流失和土壤有机质减少而退化。
2. 基于覆盖作物、减少耕作和多样化作物轮作的再生农业实践可以增加土壤有机质，提升土壤健康。
3. 在未来几十年里，全球粮食安全将越来越依赖于鼓励土壤健康管理实践的农业政策。
· Graphical abstract ·
· 主 要 内 容 ·
▎引言
历史上，肥沃土壤孕育了农业文明，但土壤流失和退化问题却逐渐侵蚀了这些文明的根基。2015年联合国粮农组织 (FAO) 报告指出，现行农业耕作方式导致的土壤退化，预计到本世纪末将使全球粮食产量减少约25%。
古典希腊时期至20世纪30年代，土壤流失和退化屡次破坏全球农业文明。在美国沙尘暴发生后，全球对土壤侵蚀问题的认知提升，促发了广泛的土壤保护行动。尽管土壤保护工作在某些国家缓解了土壤流失的速率，但全球土壤流失和退化问题依然严峻。自二战以来，世界上三分之一的农田已退化，导致粮食产量每年减少多达1%。
牧场和耕地占地球陆地面积三分之一以上，但1960至2020年间，人均可耕地面积大幅减少 (从0.45公顷减少到0.22公顷)。随着人口的持续增长，农业土地的退化和流失问题日益严峻，为全球提供足够食物更具有挑战性。实际上，土壤安全在后石油时代具有举足轻重的战略地位，因为它能持续提供健康和肥沃的土壤环境，从而支持高强度的农业生产，这对人类的未来发展至关重要。
▎土壤状况
全球土壤退化问题严峻，评估显示有约10亿至60亿公顷土地生产能力已退化，占全球陆地面积的6%至40%。该问题应引起高度关注。FAO基于290位专家的评估，绘制了全球土壤退化图，显示全球退化耕地面积约为12亿公顷。虽然基于专家意见的评估极具主观性，但它们提供了目前唯一全面且方法论统一的全球土壤退化评估。FAO另一项基于卫星数据的评估显示，全球有27亿公顷土地 (占全球耕地面积的20%以上) 生物量生产呈下降趋势。然而，该方法只测量生产力的净变化，无法检测到因化肥使用增加而导致的土壤退化，实际退化情况可能更为严重。
农业弃耕地的历史数据为估算全球土壤退化提供了参考。过去三个世纪，有大量耕地和牧场因退化等原因被遗弃，但这并不包括早期文明的重大退化。古希腊等地历史记录显示，农业活动导致土壤剧烈侵蚀。全球数据也表明，农业扩展与土壤侵蚀增加有显著关联。古老土地退化对现代社会仍有影响，如叙利亚、利比亚等地。美国东南部也遭受了严重侵蚀，此类土壤退化通常被低估且未纳入全球评估，使得问题更为严峻。
土壤流失和退化问题依然存在，已对美国玉米带等地区造成严重侵蚀，导致农作物减产，全球约三分之一的农业用地也受侵蚀影响，导致在世界范围内的土壤保护形势严峻。全球粮食安全与人口增长密切相关。随着人口持续增长，尽管化肥使用提高了产量，但粮食安全仍面临挑战，尤其在撒哈拉以南非洲地区问题更为突出，需要寻找可持续的农业解决方案。
从任何角度来看，世界上大多地区的农业潜力似乎已经在悄然退化。为确保长期农业可持续性，在依赖化肥提高产量的同时，必须致力于恢复退化土地和增加土壤有机质，以应对未来的粮食需求，特别是在后石油时代，这一举措至关重要。
▎土壤退化的原因
土壤退化主要由城市扩张、砍伐森林和不良农业活动引起，这些活动会加速土壤侵蚀、扰乱土壤生态、破坏有机物，导致土壤流失、盐碱化、酸碱度失衡等问题。过度使用合成氮肥也会破坏土壤有机物和微生物平衡，影响土壤肥力和农作物健康。
长期使用氮肥会改变土壤酸碱度，影响土壤肥力，此外，土壤pH值降至5.5以下会引发铝毒性，限制植物对关键营养素的吸收。随着世界城市人口激增，城市化也威胁土壤健康，城市扩张占用肥沃土地。预计到2030年，城市扩张将导致全球约2%的耕地损失，其中大部分损失发生在非洲和亚洲。除了这些地区人口增长最快之外，城市扩张预计还将占用高产农田，因此净损失可能高达全球粮食产量的4%。
土壤盐碱化是严重影响农业的问题，目前全球约8.3亿公顷土地受盐碱化影响，预计到2050年将影响一半耕地。现有土壤退化评估未考虑土壤生命和有机质的丧失，它们对土壤养分循环至关重要。近几十年来，人们越来越认识到土壤生命的重要性，根际微生物对养分获取、化学信号和植物防御有实质性影响，从而影响作物健康。新观点强调土壤有机质作为微生物食物的重要性，有助于产生对土壤和作物健康有益的代谢物。最新研究还表明土壤微生物对构建土壤有机质有重要贡献。
▎再生农业解决方案
尽管人类已经并持续导致世界大量农业用地退化，但可以通过促进土壤健康的再生农业实践来扭转土壤退化。土壤恢复生机为快速且有效地逆转土壤退化提供了一个可能的途径。根据2018年联合国的一份报告，土地恢复的经济效益是平均成本的10倍，而若未能扭转土地退化，其成本通常是解决根本问题所需成本的三倍。重建肥沃土壤也被视为解决非洲饥饿和营养不良问题的最有前途的方法之一，因为在非洲，由于几十年来缺乏足够的肥料，土壤退化已成为农业生产的主要障碍。
再生农业系统下，通过集约农业提高土壤肥力的管理策略包括：保护性农业、集约轮牧和农林复合经营。其他土壤管理实践还包括绿肥、蚯蚓堆肥和多样化种植。保护性农业结合了最小扰动、覆盖作物和多样化作物轮作的原则。集约轮牧结合了频繁移动、高饲养密度和长恢复期。农林复合经营将树木整合到多样化的多种作物系统中。尽管过渡时期可能面临经济收益方面的挑战，但由于较低的投入成本和相当的产量，再生农业系统在种植商品化作物方面可能比传统更有利。然而，采用这些做法的其他障碍还包括对风险的不接受、对新想法的抵触，以及如何实施新做法的知识匮乏。
关键结论是， 我们无需重演古代文明因滥用土壤资源而衰败的历史。人类活动并不必然导致土壤退化。亚马逊、非洲和欧洲的土著土壤管理实践展示了如何通过有机物质循环利用的农业方式，积累形成极为肥沃的土壤体系。这些地区经过长期发展形成的黑土，其有机质含量是原生土壤的两倍甚至三倍。现代农业的挑战在于，如何在全球范围内的农田上实现至少达到这些地区一半的土壤肥沃度。
全球土壤退化的速度远超过土壤形成的速度。要扭转这一历史趋势，就需调整并转变传统农耕对土壤的利用方式。全球大部分可耕作土地已退化或正在耕作中，因此，要提高粮食产量，要么依靠技术提高退化土地的产量，要么采取措施恢复已退化的农田，双管齐下似乎更为稳妥。土壤侵蚀和退化是人类面临的众多紧迫环境问题中最易被忽视的。然而，再生农耕实践可以通过高效农业重建土壤肥力，同时还可吸收大气中的碳、将其储存于土壤中，提高抗旱能力，并因减少使用农用化学品而降低环境风险。因此，通过农耕实践重建健康肥沃的土壤，将为全球粮食安全奠定坚实基础，这也是21世纪人类面临的重要挑战之一。
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