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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

“十四五”土壤生物学分支学科发展战略

2022-06-22

作者:褚海燕, 马玉颖, 杨腾, 张考萍, 范坤坤, 李云涛, 时玉, 高贵锋

作者单位:土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所);中国科学院大学


土壤生物是地球生物多样性的重要组成部分。土壤生物驱动着土壤中有机质降解、元素循环、污染物转化与降解以及温室气体的产生与消耗,在全球粮食安全、环境保护以及应对气候变化等方面发挥着重要作用。土壤生物学是研究土壤生物多样性与分布、土壤生物的过程与功能以及土壤生物的调控与应用的科学。21世纪以来,分子生物学技术的突破与生态学理论的广泛应用极大地推进了土壤生物学研究的发展。本文回顾了土壤生物学科的发展历程,详细介绍了土壤生物学科的发展现状,提出了土壤生物学科在理论与应用上的发展趋势,并对未来土壤生物学科的发展方向进行了展望。随着多学科交叉融合以及研究手段的进步,土壤生物学迎来了一个新的发展时期。土壤生物学研究在生物资源挖掘、时空分布格局、生态服务功能和生物调控等方面取得的重要成果,将更好地服务于土壤健康、植物健康、人类健康以及我们的星球健康。


亮点论述:


  4 学科展望

  

  我国有着世界上最庞大的人口,可耕地面积却极为有限。伴随着经济的快速发展,土壤出现了肥力退化、污染加重、土传病害增加等诸多问题,严重影响了土壤健康,并引发一系列环境生态问题。土壤生物学理论与技术的快速发展将为解决这些问题提供强有力的支撑,但也面临诸多挑战。现代土壤生物学学科应以土壤生物多样性为基础,以土壤-生物-环境的统一体为研究对象,以土壤生物的生态过程与服务功能为最终目标,构建起包括各土壤生物类群在内的,整合地上与地下、结构与功能、生态与进化的多维度的学科体系。该学科体系应以土壤生物多样性的产生和维持机制、土壤生物生态过程机理以及土壤生物的生态系统服务功能为主线不断扩展、相互交融、纵深发展。现代土壤生物学学科的创建和完善应充分考虑当今生态环境问题,重视与生产实践相结合,为我国的土壤健康和安全提供坚实保障。从国家需求与学科发展出发,土壤生物学今后应加强以下几方面的研究:

  

  (1)土壤生物多样性及其资源挖掘。土壤中蕴藏着极其丰富的生物资源,解析土壤生物多样性及其时空分布格局是保护、开发及利用这些生物资源的前提。因此,未来需通过组学技术(宏基因组、宏转录组、宏代谢组和宏蛋白质组等)研究土壤生物群落的空间分布规律、时间动态变化、群落构建机制,以更好地理解土壤生物多样性的形成与维持机制。同时,还需要通过分离培养、细胞分选等手段识别并获得土壤中有特定功能的菌株,并进行功能验证,开发具有特定功能的微生物菌种资源。进一步通过大规模分离培养手段与现代生物工程技术,研发可以保存并利用的复合生物菌剂,以实现土壤生物关键产品的应用。

  

  (2)土壤生物群落与功能对环境变化的响应与反馈。气候变化、环境污染以及人为扰动会直接或间接地影响土壤生物及其相关的地下生态过程和功能,反之,土壤生物会通过其参与的地下生态过程对全球变化产生正向或负向的反馈,加强或削弱全球变化给生态系统带来的影响。未来需要重点研究环境变化下土壤生物群落的演替规律和生态过程,揭示土壤生物与地上植被的耦合机制,为预测环境变化下陆地生态系统的演变提供参考。

  

  (3)土壤生物功能的调控理论与应用。土壤中的生物类群以群落形式共存,形成微生物-植物的共生或寄生关系、组建植物根系-微生物-动物食物链等多营养级的复杂结构,并受到土壤理化性状、气候环境等非生物因素的影响。今后需进一步阐明土壤生物、植物根系以及环境之间的互作关系,量化生物互作中的影响因素,以形成土壤生物的调控理论体系;进一步通过调控土壤理化性状和植物性状、施用复合菌剂、构建人工简易微生物组等方式来形成土壤生物调控的技术体系,共同促进土壤与植物健康。


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  责任编辑:宫在芹
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现任西安科技大学机械工程学院院长、机械工程一级学科带头人,陕西...

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