发表机构：中国农业大学，国家农业绿色发展研究院
作 者：王光州（第一作者），张福锁，张俊伶（通讯作者）
论文将生态学研究中的“植物-土壤反馈”思想引入农田生态系统，创新性地提出了作物高产与土壤健康协同的系统化研究新范式。论述了当前以追求高产为目标的集约化农业过度依赖高产品种和外源投入，植物-土壤互作关系被削弱，造成系统负反馈作用加大，而正反馈作用减少，土壤退化严重，土壤健康现状恶化。由于长期忽视了土壤健康，在面对农业生产实际问题时多采用“快餐式”，且“头疼医头，脚疼医脚”的片面解决方式，导致土壤生态系统失衡，土壤多功能性难以发挥，严重威胁耕地质量和农业绿色发展。论文指出，未来农业科学研究需要改变研究范式，融合源自自然生态系统的解决方案，深入解析土壤生态系统各组分间的耦合作用、以及植物-土壤-微生物之间的互作机制，发展基于植物-土壤正向反馈为目标的土壤健康管理技术，强化土壤多功能性的发挥对耕地产能的贡献，减少外部依赖，推动绿色增产增效。在农业生产实践中，做到有益生物利用与有害生物防治兼顾，短期生产和长期健康统筹，用地和养地结合，推动作物生产和土壤生态系统服务的协同，实现“地越种越好”。
“植物-土壤反馈”实践最早起源于农业生产轮作制度对作物病害的防控，之后生态学家将其应用到自然生态系统中，目前已发展成为生态学领域的研究热点和科学前沿。该理论将植物-土壤-微生物作为一个整体来研究，通过解析系统各要素之间的复杂互作关系，目前被广泛用于解释植物群落构建、生物入侵和生态系统演替等生态学领域的基础科学问题。论文指出，可持续农业亟需发展基于植物-土壤反馈的系统化创新思路和技术解决方案，将地上作物管理和地下土壤过程紧密结合，发展集当季作物生产与长期健康土壤培育为一体的综合管理模式。在个体水平上，需要深入揭示植物-土壤互馈机制，在关注病原菌危害的同时，还需充分揭示有益菌和腐生菌等与植物的互作机制，发挥生物网络的正向调控过程。借助现代分子育种与功能基因组学手段，定向改良植物的根系形态、分泌物组成和信号传导等，精准招募有益微生物、抑制病原菌，发挥级联放大效应，强化正反馈，减少负反馈，提高系统的内在效率，减少外部投入。在田块尺度上，通过作物-微生物协同育种、优化养分管理、保护性耕作和多样化种植等综合措施，促进作物-土壤之间的有益互作，实现产量提升与土壤健康的协同作用。
基于植物-土壤反馈的新理念，文章提出了未来农业科学研究的五大重点方向：（1）深入解析植物基因组和代谢组如何调控根际微生物群落结构和功能，指出作物育种亟需第一第二基因组的融合；（2）厘清根际微生物与土壤非生物属性之间的互作关系，培育健康土壤以支撑作物高质高产；（3）开发定殖效率高、环境适应性强的微生物接种剂及相关绿色技术和产品，减少化学品投入；（4）推广保护性耕作和作物多样化配置，强化种间互作和生物网络，增强地上-地下反馈协同；（5）构建作物高产与土壤健康协同提升的长效机制和管理策略，支撑农业系统的气候韧性。
发表日期：2025-7-24
