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期刊：Nature Food
题目：Soil health contributes to variations in crop production and nitrogen use efficiency
原文链接：https://doi.org/10.1038/s43016-025-01155-6
通讯作者：徐建明教授、谷保静 教授（浙江大学）
发表日期：2025-04-15
一、研究背景
土壤健康对全球粮食生产和环境质量有着深远的影响。然而，由于缺乏全面的土壤健康数据以及难以从其他变量中分离其影响，量化土壤健康的影响一直是一个全球性的挑战。该研究通过整合高分辨率的全球土壤、气候和农场管理实践数据，评估了土壤健康对农业生产力的贡献。
二、研究方法
该研究建立了一个全球土壤健康数据集，分辨率为0.5°×0.5°，涵盖了土壤pH、养分含量、容重、土壤细菌、病毒和动物等指标。研究不仅评估了作物产量（以单位面积收获的氮量表示），还采用了氮肥利用效率（NUE，收获作物氮与总氮输入的比值）作为衡量农业实践环境影响的指标。通过结构方程模型（SEM）和多重回归模型，研究量化了土壤健康、气候和管理因素对作物产量和NUE的贡献，并基于共享社会经济路径（SSP）和代表性浓度路径（RCP）情景进行了未来预测。
三、研究结果
土壤健康与气候的影响：全球范围内，土壤健康在高纬度地区（如北欧、俄罗斯、新西兰和南美洲南部）得分较高，而在低纬度的干旱地区（如美国南部、北非和印度）得分较低。气候因素对作物产量和NUE的影响存在差异，高纬度地区NUE较高，而低纬度地区作物产量较高。
管理因素的主导作用：农业管理实践（如化肥和农药的使用、农场规模）是作物产量变化的主要驱动因素，占全球产量变化的70%。土壤健康和气候因素分别占12%和18%。
未来情景分析：在SSP1–RCP2.6情景下，预计到2050年全球作物产量将减少9%，NUE从0.50降至0.47。然而，通过改善土壤健康，全球作物产量有望增加7.8百万吨，同时减少8.1百万吨的氮剩余。
图1.全球土壤、气候和管理因素对作物氮产量和NUE的空间分布模式
图2.气候、管理和土壤对农业产量和NUE的结构方程模型（SEM）分析
图3.不同因素对产量和NUE变化的相对贡献
图4.2050年在SSP126情景下，考虑土壤管理改进的产量、NUE和氮剩余的相对变化
图5.2050年在不同SSP–RCP情景下，作物氮产量、NUE、氮剩余和总作物产量的趋势，以及土壤健康改进的成本效益分析
四、研究结论
该研究表明，土壤健康在全球作物产量和氮肥利用效率中扮演着重要角色。尽管农业管理实践对作物产量的影响更为显著，但土壤健康在减少氮剩余和提高NUE方面具有巨大潜力。通过实施土壤健康管理措施，如秸秆还田、保护性耕作和生物防治，可以显著提高作物产量和NUE，同时减少氮剩余。研究建议将土壤健康纳入全球农业政策，并通过教育和公共宣传提高公众对土壤健康重要性的认识。