朱永冠院士团队：建立“土壤-食品-环境-健康”耦合关系，管理土壤健康，促进可持续发展。

来源： Research科学研究

中国科学院城市所朱永官院士和斯坦福大学Peter Vitousek院士、浙江大学谷保静研究员、澳大利亚墨尔本大学戴利陈教授和重庆大学杨易教授认为，土壤特性和过程的缓慢变化会影响食物和环境质量，从而影响土壤、食物、环境和人类的生存质量

由于这种级联反应的滞后，有必要构建“土壤-食物-环境-健康”耦合关系来管理土壤健康，促进可持续发展。

相关成果以“soil-food-environment-healthnexusforsustainabledevelopment”为标题发表在Research上。

研究背景土壤是粮食生产中不可缺少的可再生资源，也是大气二氧化碳的重要汇，有利于实现全球碳中和。

土壤的重要性众所周知，但由于对土壤、食物、环境与人类健康之间的生物地球化学级联反应缺乏了解，土壤、食物、健康与环境可持续性之间非线性的复杂联系鲜为人知。

与管理实践、土壤污染以及对人类和生态健康的直接影响相比，土壤性质变化要缓慢得多(图1 )，了解这些缓慢变化与快速变化之间的联系对于粮食安全和其他全球可持续发展目标至关重要。

人类活动引起的快速变化与土壤过程引起的缓慢变化不一致，制约着水土保护长期目标的实现。

土壤污染通过食物链和环境级联反应传入人类，最终危害人类健康。

图1以抗生素耐药基因( ARGs )为例进行说明。

图1土壤-食物-环境-人类关系图

土壤养分的研究进展对粮食生产至关重要，过量或过少的养分投入对粮食安全和环境保护具有重要影响，最终通过土壤、食物、环境、健康的结合传递给人类健康。

过多的养分投入会导致土壤养分积累，面源污染和温室气体排放等一系列环境和健康问题养分过少会引起土壤有机质下降，导致土壤贫瘠和肥力下降，影响粮食产量和土壤固碳。

随着养分投入的变化，土壤养分含量的变化是一个极其缓慢的过程，一旦脱离均衡状态，就很难恢复。

密西西比河流域早期玉米生产过程中的过度施肥，至今硝酸盐仍从土壤向外排放，导致海口墨西哥湾“死亡地区”的出现。

澳大利亚小麦种植过少的养分投入引起土壤有机质下降，荒漠化风险剧增。

不当的养分管理会通过全球贸易将土壤养分平衡扩大到其他地区。 例如，饲料进出口可能会导致出口国因有机肥短缺导致土壤有机质下降，而进口国可能会因有机肥过多导致环境污染和健康问题。

因此，从全球视角平衡土壤养分对保持土壤健康至关重要，并通过土壤食物环境健康级联反应促进全球可持续发展。

一旦发生土壤污染，土壤重金属、有机污染物、微塑料、病原微生物等很难完全去除。

土壤污染物主要来自人类活动，如工业生产排放和农药使用，这些污染物进入土壤后会通过土壤-植物系统的传递危害人类健康。

日本早年的土壤镉污染带来了严重的“痛痛病”。 原因是镉从土壤向水稻的移动。

土壤污染对人体健康的危害往往是土壤缓慢污染的结果，从污染源控制上讲，是“木已成舟”。

因此，必须从土壤-食物-环境-健康耦合的角度，从源头上控制土壤污染，避免这种级联反应的发生，关注这种变化速度的差异和效果的滞后。

展望未来土壤食物环境健康之间的耦合关系应纳入土壤健康管理，以耦合系统的视角看待土壤保护与可持续发展。

相应的土壤管理措施和政策制定等需要更快地考虑土壤过程的缓慢变化，调整土壤缓慢变化与管理措施快速变化之间的时间失配，实现短期平衡与长期平衡之间的协同。

作者简介

朱永官中国科学院城市环境研究所学术所长、中国科学院院士、生态环境学家。

长期从事环境土壤学和环境生物学研究，在典型区域土壤污染特征、元素生物地球化学过程和机制、土壤修复等方面取得了系统创新成果。

Peter Vitousek斯坦福大学Clifford G. Morrison人口资源研究教授，美国科学院会员，是世界上最著名的生态学家之一。

长期从事人类活动对生物地球化学过程、生物多样性、温室气体排放、气候变化影响的研究。