朱永官院士团队：土壤-食物-环境-健康的关系研究

中国科学院城市环境研究所朱永官院士与斯坦福大学Peter Vitousek院士、浙江大学谷保静研究员、澳大利亚墨尔本大学Deli Chen教授以及重庆大学杨易教授提出，土壤特性和过程的缓慢变化会影响食物和环境质量，从而通过土壤、食物、环境和人类健康之间的生物地球化学级联反应影响人类健康和福祉。由于这种级联反应的滞后性，我们有必要建立“土壤-食物-环境-健康“耦合关系来管理土壤健康和促进可持续发展。

研究背景

土壤是粮食生产必不可少的可再生资源，也是大气二氧化碳重要的汇，有助于实现全球碳中和。

尽管土壤的重要性众所周知，但由于缺乏对土壤、食物、环境和人类健康之间生物地球化学级联反应的理解，人们对土壤、食物、健康和环境可持续性的非线性的复杂联系知之甚少。与管理实践、土壤污染及其对人类和生态系统健康的直接影响相比，土壤性质的变化要慢得多（图 1），了解这些缓慢和快速变化之间的联系，对粮食安全和其他全球可持续发展目标都至关重要。人类活动引起的快速变化与土壤过程引起的缓慢变化不匹配，制约了土壤保护的长远目标的实现。土壤污染可以通过食物链和环境级联反应传导到人类，最终威胁人类健康。

图1中以抗生素抗性基因（ARGs）为例加以说明

图1  土壤-食物-环境-人类关系图

研究进展

土壤养分对粮食生产至关重要，过多或者过少的养分投入都会对粮食安全和环境保护带来重要影响，从而最终通过土壤-食物-环境-健康耦合传导到人类健康。过量养分投入会导致土壤养分积累，从而带来一系列环境和健康问题，包括面源污染和温室气体排放等；而养分过少又会引起土壤有机质下降，从而导致土壤贫瘠和肥力下降，影响粮食产量和土壤固碳。相对于养分投入变化来说，土壤养分含量的变化是个极其缓慢的过程，一旦偏离均衡态很难恢复。

美国密西西比河流域早年玉米生产过程中的过量施肥导致时至今日仍有硝酸盐从土壤中外排，导致入海口墨西哥湾“死亡区域”的出现。澳大利亚小麦种植过少养分投入引起土壤有机质持续下降，沙漠化的风险陡增。不合理的养分管理会通过全球贸易将土壤的养分失衡扩展到其他地区，例如饲料的进出口会导致出口国因有机肥缺乏引起土壤有机质下降，而进口国可能会由于有机肥过多带来环境污染和健康问题。因此，从全球的视野去平衡土壤养分对于维持土壤健康至关重要，进而通过土壤-食物-环境-健康级联反应推动全球可持续发展。

土壤污染一旦发生很难彻底移除，包括土壤重金属、有机污染物、微塑料和病原微生物等。土壤污染物主要来自于人类活动，例如工业生产排放或者农药的使用等，这些污染物一旦进入土壤，会通过土壤-植物系统的传递而对人类健康产生危害。日本早年的土壤镉污染带来了严重的“痛痛病”，就是土壤到水稻的镉迁移所导致的。土壤污染导致人体健康危害往往是土壤缓慢污染的结果，而从污染的源头控制来讲已是“木已成舟”。因此，从土壤-食物-环境-健康耦合的角度来看，人们急需从源头上控制土壤污染，避免这种级联反应的发生，人们必须关注这种变化速度上的差异和效应上的滞后。

未来展望

土壤-食物-环境-健康之间的耦合关系应被纳入到土壤健康管理中来，以耦合系统的视角来看待土壤的保护和可持续发展。相应的土壤管理措施和政策制定等都需要将土壤过程的慢变化更早纳入考虑，协调土壤慢变化和管理措施快变化之间的时间错配，实现短期平衡和长期平衡之间的协同。

（本文转载自 ：Research科学研究）