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Science | POLICY FORUM

Science：跟蹤、定位和保護(hù)土壤生物多樣性

自然保護(hù)文獻(xiàn)和政策工具主要關(guān)注人類(lèi)發(fā)展的影響以及自然保護(hù)對(duì)海洋和陸地生物（例如鳥(niǎo)類(lèi)和植物）及過(guò)程（例如糧食生產(chǎn)）的好處，但它們幾乎完全忽略了大多數(shù)看不見(jiàn)的、生活在土壤中的陸地生物多樣性。人們對(duì)大多數(shù)土壤生物的保護(hù)狀況，以及自然保護(hù)政策對(duì)土壤系統(tǒng)的影響知之甚少。

跳蟲(chóng)（例如如圖所示的澳大利亞昆士蘭北部的Acanthanura sp.）可以作為土壤質(zhì)量的有用指標(biāo)，也是自然保護(hù)措施的重點(diǎn)。

然而，就像“煤礦里的金絲雀”一樣，當(dāng)土壤生物開(kāi)始消失時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)很快就會(huì)開(kāi)始表現(xiàn)不佳，它們?yōu)槿祟?lèi)提供的重要功能可能會(huì)因此受到損壞。因此，在確定自然保護(hù)優(yōu)先事項(xiàng)和政策，以及設(shè)計(jì)新的保護(hù)區(qū)時(shí)，需要明確考慮土壤生物多樣性及其生態(tài)系統(tǒng)功能。

為了給這些努力提供參考，作者們制定了一個(gè)全球土壤生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能監(jiān)測(cè)框架，以便在2020 年后《生物多樣性公約》討論的背景下加以考慮。為了支持這個(gè)框架，我們提出了一套基于基本生物多樣性變量（essential biodiversity variables，EBV）的土壤生態(tài)指標(biāo)，這些指標(biāo)直接和當(dāng)前的全球目標(biāo)相關(guān)，例如《生物多樣性公約》、聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)（Sustainable Development Goals）和《巴黎協(xié)定》下制定的目標(biāo)。

土壤不僅是陸地生物多樣性的主要儲(chǔ)存庫(kù)，擁有地球上大約四分之一的物種，而且還提供多種功能（例如，養(yǎng)分循環(huán)、廢物分解）和益處（例如，氣候調(diào)節(jié)、病原體抗性） ; 它們調(diào)節(jié)地上系統(tǒng)的多樣性和功能，它們?yōu)槿祟?lèi)福祉做出重大貢獻(xiàn) 。如果我們不保護(hù)土壤，就無(wú)法為我們的子孫后代保證未來(lái)的地上生物多樣性和糧食生產(chǎn)。

盡管如此，最近關(guān)于擴(kuò)大自然保護(hù)的呼吁，以及其他許多旨在形成未來(lái)環(huán)境政策的倡議，都未考慮到土壤生物多樣性和相關(guān)生態(tài)系統(tǒng)功能的具體要求。長(zhǎng)期以來(lái)，有關(guān)土壤及其可持續(xù)性的討論和數(shù)據(jù)都集中在其對(duì)物理影響（如土壤侵蝕）的脆弱性或?qū)ζ浼Z食生產(chǎn)潛力的改善（如通過(guò)施肥）。這些狹隘的觀點(diǎn)，往往缺少有形的指標(biāo)，而且與環(huán)境監(jiān)測(cè)脫節(jié)，限制了對(duì)土壤生物多樣性的生態(tài)重要性及其在維持糧食生產(chǎn)系統(tǒng)之外的生態(tài)系統(tǒng)功能方面的廣泛討論。普遍的強(qiáng)調(diào)也阻礙了土壤成為一個(gè)更主流的自然保護(hù)優(yōu)先事項(xiàng)。

盡管存在著將土壤作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提供者進(jìn)行更全面表述的倡議，但缺乏標(biāo)準(zhǔn)化和及時(shí)的信息來(lái)跟蹤與土壤有關(guān)的政策目標(biāo)，特別是在全球范圍內(nèi)。這些信息差距阻礙了支持土壤生物多樣性重要性的強(qiáng)有力的科學(xué)信息的傳遞，并推遲了將土壤生物多樣性納入自然保護(hù)辯論的進(jìn)程。

與物理和化學(xué)土壤特性不同，研究土壤生物多樣性和功能所需的高分辨率和分子工具直到最近才開(kāi)發(fā)出來(lái)，協(xié)調(diào)的靜態(tài)數(shù)據(jù)集才剛剛開(kāi)始出現(xiàn)。正因?yàn)槿绱?，而且由于土壤生物多樣性監(jiān)測(cè)在國(guó)家層面沒(méi)有得到優(yōu)先考慮，與地上植物和動(dòng)物相比，土壤生物多樣性缺乏知識(shí)。事實(shí)上，《生物多樣性公約》 的 196 個(gè)締約方中的大多數(shù)都沒(méi)有明確考慮土壤的國(guó)家目標(biāo)（2011-2020 年），很少有專(zhuān)門(mén)考慮土壤保護(hù)和生物多樣性的國(guó)家目標(biāo)。

挑戰(zhàn)與機(jī)遇

土壤生物，包括線(xiàn)蟲(chóng)、合胞菌、真菌和細(xì)菌，負(fù)責(zé)一系列復(fù)雜的土壤功能，支撐著基本的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)（例如，氣候調(diào)節(jié)、土壤肥力）。因此，它們需要具體的保護(hù)措施，而不僅僅是保護(hù)地上系統(tǒng)或減少過(guò)剩肥料和殺菌劑的應(yīng)用。

積極的措施包括確定土壤生物多樣性熱點(diǎn)、地方性生物和優(yōu)先棲息地；評(píng)估土壤生物多樣性變化的相關(guān)驅(qū)動(dòng)因素；以及制定專(zhuān)門(mén)的自然保護(hù)政策。此外，保護(hù)區(qū)內(nèi)的大多數(shù)管理決策并不針對(duì)土壤，或者即使有，也是以土壤物理特性為重點(diǎn)（例如，減少土壤侵蝕），沒(méi)有具體的土壤生物多樣性保護(hù)目標(biāo)。自然保護(hù)對(duì)土壤生物及其功能的保護(hù)效果有限。例如，盡管保護(hù)區(qū)的擴(kuò)大對(duì)保護(hù)鳥(niǎo)類(lèi)和哺乳動(dòng)物有明顯的好處，但對(duì)地下的多樣性幾乎沒(méi)有好處。

為了在全世界范圍內(nèi)優(yōu)先考慮土壤的自然保護(hù)，決策者需要最新的數(shù)據(jù)以及透明、可靠和無(wú)偏見(jiàn)的政策準(zhǔn)備指標(biāo)，這對(duì)提供政策議程的成敗衡量標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要。最近描述土壤生物多樣性的宏觀生態(tài)驅(qū)動(dòng)因素和模式的努力、普遍缺乏可比的時(shí)間數(shù)據(jù)、發(fā)展協(xié)調(diào)的大規(guī)模監(jiān)測(cè)工作的限制以及大量未描述的土壤棲息物種，都阻礙了對(duì)土壤生物多樣性變化的可靠評(píng)估。因此，迄今為止，大多數(shù)政策都是根據(jù)土壤化學(xué)（如土壤碳）或?qū)ν寥赖挠绊懀ㄈ缤寥狼治g）的稀少信息制定的，直到最近我們還沒(méi)有合適的工具來(lái)告知決策者土壤生態(tài)的變化和影響。隨著最近DNA技術(shù)的進(jìn)步，整合多樣性和功能數(shù)據(jù)的方法，以及土壤研究的國(guó)際協(xié)議（例如，最近糧食及農(nóng)業(yè)組織第27屆農(nóng)業(yè)委員會(huì)會(huì)議通過(guò)的關(guān)于為研究目的進(jìn)行土壤樣本國(guó)際交流的決議），我們現(xiàn)在擁有支持大規(guī)模生成這種土壤生態(tài)知識(shí)的資源、主動(dòng)性和技術(shù)。

將土壤生物多樣性和相關(guān)生態(tài)系統(tǒng)功能排除在自然保護(hù)目標(biāo)之外，意味著政策可能無(wú)法代表它們，并可能使土壤生物多樣性和關(guān)鍵的生態(tài)系統(tǒng)功能更容易受到全球變化的影響。地下和地上的多樣性不一定遵循類(lèi)似的生態(tài)模式，這表明，即使重點(diǎn)是恢復(fù)野生區(qū)域或增加碳匯——兩者都被視為自然保護(hù)的積極成果——這些做法可能不會(huì)對(duì)土壤生物及其相關(guān)功能產(chǎn)生同樣的積極影響。此外，盡管受到當(dāng)前知識(shí)和后勤限制的制約，但現(xiàn)有的研究已經(jīng)顯示了氣候和土地利用變化、污染和其他類(lèi)型的威脅直接影響土壤系統(tǒng)的規(guī)模，這表明政策迫切需要基于對(duì)這些陸地生態(tài)系統(tǒng)更全面的看法。

全球監(jiān)測(cè)

為了充分理解陸地生物多樣性在氣候變化、可持續(xù)發(fā)展和自然保護(hù)方面的作用，我們必須投資于理解地下的東西。這需要一個(gè)整體的系統(tǒng)方法（見(jiàn)圖），包括對(duì)各種與土壤有關(guān)的基本生物多樣性變量（EBV）的定義，以及標(biāo)準(zhǔn)化的國(guó)際監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以跟蹤全球土壤生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能的狀態(tài)和動(dòng)態(tài)變化。這些基本生物多樣性變量（EBV）涵蓋了土壤系統(tǒng)的四個(gè)互補(bǔ)維度（土壤物理學(xué)、土壤化學(xué)、土壤生物多樣性和土壤生態(tài)系統(tǒng)功能），并與具體的生態(tài)指標(biāo)相關(guān)。這一努力將得到現(xiàn)有機(jī)制的推動(dòng)，這些機(jī)制旨在將數(shù)據(jù)和衍生指標(biāo)的使用納入主流，為決策和政策制定提供依據(jù)，如生物多樣性指標(biāo)伙伴關(guān)系和聯(lián)合國(guó)環(huán)境經(jīng)濟(jì)核算體系。

圖 | 將土壤生物多樣性與政策聯(lián)系起來(lái)

土壤基本生物多樣性變量（EBVs）（外環(huán)）和政策部門(mén)（中心）之間的聯(lián)系由土壤生物多樣性觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)（SoilBON）通過(guò)使用土壤生態(tài)指標(biāo)（內(nèi)環(huán)）聯(lián)系起來(lái)。細(xì)線(xiàn)對(duì)應(yīng)EBV和土壤指標(biāo)之間的聯(lián)系；粗線(xiàn)是指每個(gè)土壤指標(biāo)和具體政策部門(mén)之間的聯(lián)系。土壤系統(tǒng)的EBVs是作為一個(gè)整體的系統(tǒng)方法提出的，其中土壤有機(jī)質(zhì)與相關(guān)的土壤化學(xué)、物理和功能特性交織在一起，有助于整體社會(huì)福祉。

為了滿(mǎn)足這一需求，作者在地球觀測(cè)組織生物多樣性觀測(cè)網(wǎng)（GEOBON）的框架下建立了第一個(gè)全球土壤生物多樣性觀測(cè)網(wǎng)（SoilBON; https://geobon.org/bons/thematic-bon/soil-bon），在全世界范圍內(nèi)系統(tǒng)地收集和采樣關(guān)于土壤生物多樣性和功能狀況的觀測(cè)數(shù)據(jù)。為了包括在各大洲工作的研究人員，我們提出了一個(gè)計(jì)劃，以克服法律上的限制（如集中要求遵守《名古屋議定書(shū)》）和操作上的限制（如提供資金支持世界各地的研究人員），產(chǎn)生第一個(gè)關(guān)于土壤生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能狀況的全球標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)間序列。利用從其他倡議中獲得的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)并整合其他倡議中使用的方法，并由世界各地的多個(gè)機(jī)構(gòu)共同資助，該計(jì)劃將在整個(gè)監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)設(shè)施中實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，以系統(tǒng)地評(píng)估保護(hù)區(qū)和非保護(hù)區(qū)的土壤生物多樣性和土壤生態(tài)系統(tǒng)功能。

盡管一個(gè)全球網(wǎng)絡(luò)無(wú)法區(qū)分具體的管理實(shí)踐，但它可以喚起人們對(duì)以土壤為重點(diǎn)的自然保護(hù)的良好范例的關(guān)注，并可作為全球參考，用于跨地區(qū)和國(guó)家的比較，從而有助于制定更有效的土壤保護(hù)政策。通過(guò)確定土壤生態(tài)指標(biāo)和與政策目標(biāo)相關(guān)的各種報(bào)告需求之間的聯(lián)系，我們?yōu)檠芯咳藛T和政策制定者提供了一份路線(xiàn)圖（見(jiàn)補(bǔ)充文獻(xiàn)），說(shuō)明數(shù)據(jù)收集的優(yōu)先次序以及如何將這些信息納入政策設(shè)計(jì)。

需要有效的土壤監(jiān)測(cè)來(lái)提高我們緩解當(dāng)前全球環(huán)境變化的能力，并為不同的政策部門(mén)提供信息，如自然保護(hù)（如SDG目標(biāo)15.1）、土地退化（SDG目標(biāo)15.3）、氣候緩解和適應(yīng)（如巴黎協(xié)議2015）、林業(yè)（如聯(lián)合國(guó)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)十年）和糧食安全（如SDG目標(biāo)2和歐盟共同農(nóng)業(yè)政策）。如果沒(méi)有覆蓋不同生態(tài)系統(tǒng)和環(huán)境條件的當(dāng)?shù)睾献骰锇榈膹V泛網(wǎng)絡(luò)，這樣的全球倡議是不可行的。這包括為在發(fā)展中國(guó)家工作的同事提供支持，并在不同的志愿服務(wù)機(jī)構(gòu)之間建立一個(gè)集中的全球分析網(wǎng)絡(luò)，使其具有高度的標(biāo)準(zhǔn)化和分析能力，并可擴(kuò)展到潛在的新伙伴或遵循相同標(biāo)準(zhǔn)的倡議（例如，以區(qū)域或?qū)ｎ}為重點(diǎn)，或以數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)和綜合為重點(diǎn)）。除了提高全世界現(xiàn)有土壤生態(tài)數(shù)據(jù)的數(shù)量和質(zhì)量外，由于與全球土壤計(jì)劃的全球土壤實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)正在形成的合作，當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生的數(shù)據(jù)和信息也將在各國(guó)和各項(xiàng)目之間具有可比性。

該計(jì)劃必須包括對(duì)能力建設(shè)和知識(shí)共享機(jī)制的堅(jiān)定承諾（2020年后生物多樣性公約目標(biāo)D），以及一個(gè)開(kāi)放的世界土壤生物多樣性資源檔案。它提供了一個(gè)多層次的方法（利用參考實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行全球協(xié)調(diào)的采樣和協(xié)調(diào)，跨實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)化和協(xié)議，利用一套明確的EBV和政策相關(guān)的指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總，跨舉措和跨時(shí)間的驗(yàn)證和報(bào)告），其他網(wǎng)絡(luò)、國(guó)家和地區(qū)可以在此基礎(chǔ)上創(chuàng)建一個(gè)可比較的全球土壤生物多樣性和功能評(píng)估。目標(biāo)是在現(xiàn)有評(píng)估的基礎(chǔ)上創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目（如全球土壤生物多樣性評(píng)估），提供關(guān)于土壤生物多樣性和功能的狀態(tài)和趨勢(shì)的寶貴信息，以支持當(dāng)前的政策制定，并幫助重塑政策，使土壤及其生物多樣性成為全球可持續(xù)性思維的中心。第一個(gè)例子是在歐洲，SoilBON和幾個(gè)研究機(jī)構(gòu)之間的合作旨在提供基本的生物多樣性數(shù)據(jù)，為當(dāng)前和未來(lái)的歐洲政策提供信息（例如，2030年歐洲生物多樣性戰(zhàn)略）。

我們的目標(biāo)是，在未來(lái)，巨型蚯蚓(如Rhinodrilus alatus（Righi 1971）)或特有真菌(如Lactarius indigo（Schwein 1822）)的保護(hù)價(jià)值得到認(rèn)可，其生態(tài)環(huán)境得到自然保護(hù)措施的適當(dāng)保護(hù)（例如，建立免耕區(qū)或促進(jìn)環(huán)境補(bǔ)償計(jì)劃，明確包括與土壤有關(guān)的措施，如有利于土壤無(wú)脊椎動(dòng)物和真菌的枯枝管理計(jì)劃）。在設(shè)計(jì)保護(hù)區(qū)時(shí)應(yīng)考慮當(dāng)?shù)氐耐寥郎锒鄻有?，并在?shí)施適當(dāng)?shù)墓芾砉ぷ鲿r(shí)強(qiáng)調(diào)。為此，我們提出了一套補(bǔ)充性的生態(tài)指標(biāo)，考慮了土壤生態(tài)的多個(gè)方面（生物多樣性和關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)功能之間），并對(duì)土壤系統(tǒng)進(jìn)行了全面概述。這些指標(biāo)的制定是為了滿(mǎn)足特定的社會(huì)需求（例如，土壤健康、養(yǎng)分循環(huán)和肥力或植物病原體），但也是為了將土壤生態(tài)數(shù)據(jù)的使用擴(kuò)展到其他政策領(lǐng)域【例如，自然保護(hù)（土壤保護(hù)價(jià)值、土壤生物多樣性）；氣候行動(dòng)和土地退化中性（土壤的生態(tài)脆弱性、土壤碳儲(chǔ)存）】。如果考慮到整個(gè)政策范圍，這些指標(biāo)將提供基線(xiàn)數(shù)據(jù)和方法，以繪制和評(píng)估全球土壤生物多樣性和功能的現(xiàn)狀和時(shí)間趨勢(shì)，并確定在未來(lái)氣候和土地利用變化的背景下，哪些地區(qū)更容易受到生態(tài)系統(tǒng)突然轉(zhuǎn)變的影響。

基于EBV和整體指標(biāo)的國(guó)際土壤監(jiān)測(cè)計(jì)劃，如本文所述，將提供工具來(lái)評(píng)估我們?cè)谖磥?lái)幾十年內(nèi)離保護(hù)目標(biāo)有多遠(yuǎn)，作為一個(gè)早期預(yù)警系統(tǒng)，評(píng)估當(dāng)前自然保護(hù)措施在保護(hù)土壤生物多樣性和功能方面的成敗。

原文標(biāo)題 Tracking, targeting, and conserving soil biodiversity，2021-1-15發(fā)表于 Science 的 POLICY FORUM 板塊

作者丨Carlos A. Guerra, ......, Diana H. Wall & Nico Eisenhauer等

編譯丨EcoTrends

©Science  | doi:10.1126/science.abd7926

來(lái)源：生態(tài)趨勢(shì)