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本文通过系统文献综述，发现再生有机农业（ROAg）对土壤健康和多种生态系统服务有显著积极影响，虽在粮食和纤维产量上有不足，但潜力巨大。未来需更多长期研究填补知识空白。
1. 引言
再生有机农业（ROAg）旨在促进土壤有机物质（SOM）积累，助力退化土壤 “再生” ，它遵循一系列农艺原则，如作物轮作、使用有机肥料、种植覆盖作物、减少土壤扰动、避免化学物质（农药、除草剂、合成肥料）、推广生物多样性种植系统等。已有研究表明，这些原则有助于土壤有机碳（SOC）积累，如覆盖作物、最小土壤扰动、有机改良剂应用和多样化种植系统等都能促进土壤碳积累。
然而，全面研究 ROAg 多种实践对土壤生态系统功能的长期影响的文献较少。同时，评估 ROAg 对一系列土壤生态系统服务的潜在益处的信息也相对匮乏。土壤生态系统服务涵盖供给、文化、调节和支持服务等多个方面，对人类福祉至关重要。过去，为追求农业生产力，土壤管理侧重于粮食生产，却对其他重要生态系统服务产生负面影响。因此，本研究旨在通过系统文献综述，评估 ROAg 多种实践对土壤健康和多种土壤生态系统服务的影响，并探讨相关知识空白。
2. 材料和方法
2.1 研究设计
本研究搜索了探讨多种再生有机实践对土壤质量和土壤生态系统服务供给影响的研究。由于 “再生有机农业” 在科学文献中定义不统一，本研究采用再生有机联盟和罗代尔研究所的指导方针来定义 ROAg，并据此开发了识别采用 ROAg 实践研究的框架，该框架包含避免合成投入、同时采用最小耕作、覆盖作物和作物轮作等原则。
2.2 系统文献综述：数据收集和提取
研究人员依据系统评价和荟萃分析的首选报告项目（PRISMA）协议，在 Scopus 和 Web of Science 两个学术文献数据库中搜索截至 2024 年 1 月发表的英文同行评审科学论文。因 ROAg 概念较新，搜索时使用了与有机农业、再生农业和生态系统服务相关的关键词组合。通过 Mendeley 参考管理软件去除重复文献后，共获得 271 条记录。经筛选，排除不涉及再生或有机土地管理实践及生态系统服务的论文，对符合初步标准的 82 篇手稿进一步评估，最终确定 24 篇符合数据提取和分析标准的论文，并通过手动检索参考文献又纳入 10 篇论文。将选定论文的数据提取并分类到两个数据库，分别用于研究再生有机实践、土壤健康和土壤生态系统服务之间的潜在联系，以及评估 ROAg 对土壤健康和土壤生态系统服务供给的影响。
2.3 数据分析和生态系统服务影响评估
对获得的数据进行分析，以评估 ROAg 对土壤生态系统服务供给的潜在影响。针对每个观测数据，提取测量的土壤参数、与土壤健康相关的生态系统服务以及对每个土壤参数和生态系统服务的影响方向。由于多数研究未明确提及特定生态系统服务的供给，通过土壤参数与生态系统服务之间的已知关联来确定 ROAg 的影响。
研究采用标准投票计数程序，统计 ROAg 对土壤生态系统服务产生积极、消极或中性影响的观测数量。对于非定量数据库，依据研究作者的解释定义每个观测；对于定量数据库，将比较 ROAg 与传统农业的相同参数的每次测量视为一个单独观测，并计算影响评分指数（IS）来确定 ROAg 对每个土壤健康参数和生态系统服务的影响方向和强度，公式为ISi=N++N?+N0N+?N? ，其中i为研究的土壤健康参数或生态系统服务，N+、N?和N0分别表示报告积极、消极和中性影响的观测数量。根据 IS 值划分五个影响类别：消极、轻微消极、不确定、轻微积极、积极。研究使用 R 语言及相关软件包进行数据可视化。
3. 结果
3.1 再生有机农业研究
全文筛选确定了 14 篇符合纳入标准的论文，通过参考文献又发现 10 篇，共 24 篇论文用于数据提取和分析。这些研究中的数据来自 45 个观测，其中 22 项研究为实验性试验，17 项研究比较了再生有机农业与传统农业或随时间的变化。10 项研究采用完全随机区组设计（FRBD）或随机裂区设计（RSPD），7 项采用配对田间实验设计。17 项比较研究中 63 个观测的定量数据用于计算影响评分。其余两项研究，一项采用建模方法，一项为问卷调查。研究时间跨度为 2008 年至 2024 年，2020 年至 2022 年相关出版物数量有所增加。研究主要分布在欧洲、北美和南美，少数在玻利维亚、肯尼亚、尼日尔和柬埔寨。在实验研究中，最常实施的 ROAg 实践是最小耕作、作物轮作和使用有机肥料，而牲畜整合和残留物保留较少见。
3.2 土壤生态系统服务
基于 Luján Soto 等人（2020）的分类系统，研究发现文献中评估了 12 种与土壤相关的生态系统服务。其中，评估最多的是食物和纤维生产、SOM 动态以及水和养分循环，而病虫害控制、侵蚀控制和食品质量评估较少，且无研究评估文化生态系统服务。
投票计数显示，再生有机实践总体上增强了土壤提供生态系统服务的能力，63.6% 的观测显示 ROAg 对生态系统服务有积极影响，7.66% 为消极影响，28.71% 无显著影响。除食物和纤维生产外，大多数土壤生态系统服务受再生有机实践的积极影响，支持服务（如栖息地提供、养分和水循环、SOM 动态和土壤结构维持）获得的积极观测最多，调节服务中的气候调节和生物多样性保护也从 ROAg 中受益。在所有评估的生态系统服务中，除水质和供应、病虫害控制及食品质量外，还有相当数量的观测结果无显著影响。生产力供给服务是唯一受 ROAg 负面影响占主导的服务。
影响评估结果也表明，除食物和纤维供给以及水质和供应外，大多数生态系统服务的影响评分（IS）为轻微积极。在食物和纤维供给方面，17 个观测中有 12 个显示再生有机管理下产量较低，有机再生农业的产量平均比传统农业低 24%。不过，ROAg 对水果养分密度总体有积极影响，对 57% 的微量营养素和维生素有轻微积极影响，对锌（Zn）和钠（Na）有积极影响（8%），但对 35% 的参数影响不确定。
3.3 土壤健康
研究确定并分析了 20 个与土壤物理（容重（BD）、土壤有机质（SOM）、pH 值和土壤有机碳（SOC））、化学（碳（C）、氮（N）、磷（P）、钾（K）、钙（Ca）、镁（Mg）、铜（Cu）、锌（Zn）、铁（Fe）、锰（Mn）、钠（Na）浓度）和微生物（活性碳（POXC）、微生物生物量碳（MBC））特性相关的土壤参数。影响评估矩阵显示，从传统农业（CA）转向再生有机农业（ROAg）对这些土壤参数无负面影响，对一半的参数（BD、SOM、pH、SOC、SOC 储量、PO4、Ca、Mg、Na 和 Fe）有轻微积极影响，对总土壤氮（STN）、STN 储量、POXC、MBC 和 K 有积极影响，POXC 和 MBC 的影响评分值最高（分别为 0.86 和 0.9），但对土壤 Mn、Zn、Al、Cu、NO3、NH4的影响不确定。在再生有机实践下，SOC 水平增加 22%，STN 增加 28%，MBC 增加 133%，容重降低 7%。
4. 讨论
4.1 量化 ROAg 对不同生态系统服务的影响
ROAg 对本研究中的大多数土壤生态系统服务有积极影响，但对 “食物和纤维生产” 供给服务有负面影响。ROAg 对支持服务的积极影响可能是因为相关研究较多，且 ROAg 促进土壤有机碳积累，这一过程对土壤生态系统功能有积极影响。例如，ROAg 促进的 SOM 积累对水循环和土壤保水有积极的级联效应，能提高土壤团聚体稳定性，改善土壤结构，进而有益于土壤养分循环。
然而，ROAg 实践组合导致产量低于传统农业，估计两者产量差距为 24%。这与之前一些研究结果相符，但产量差距受作物种类、地理区域和土壤类型等因素影响，也受农民在特定气候和环境条件下采用的 ROAg 实践组合的影响。由于缺乏长期随机区组设计的实验数据，限制了对 ROAg 在生产力、土壤健康、生物多样性以及经济和社会影响方面的全面评估。此外，评估食物时不仅要关注产量，还应重视其营养密度，目前这方面研究不足，需进一步探究。在比较传统和可持续土地管理实践时，要权衡短期生产力目标与土壤长期提供服务和应对气候变化的能力。
4.2 土壤健康
ROAg 对一系列土壤生物、化学和物理性质有显著积极影响。例如，ROAg 实践增加了土壤微生物生物量，这可能是由于有机碳输入增加，促进了微生物活动。同时，ROAg 使土壤总有机碳（SOC）和氮（STN）储量增加，这对缓解气候变化有重要意义。
此外，ROAg 实践还提高了土壤阳离子（Na、Mg、K）浓度，表明土壤肥力得到改善。在土壤物理性质方面，ROAg 降低了土壤容重，增加了土壤团聚体稳定性，提高了土壤保水能力。而且，ROAg 使土壤 pH 值升高，这有利于植物生产力，因为更中性的土壤 pH 值能促进土壤生物活动和植物养分吸收。
4.3 知识差距和研究局限性
尽管近年来研究 ROAg 对土壤健康积极影响的文献逐渐增多，但仍存在诸多知识空白。首先，ROAg 核心农艺实践的确定和评估这些实践对生态系统服务影响的分析方法缺乏标准化，研究的异质性使得结果难以比较。其次，应开展更多测试多种 ROAg 实践协同作用的实验，目前对植物残留物保留与其他实践协同作用的研究较少。
再者，需要更多来自不同地理区域的长期研究，在相同土壤类型和气候条件下比较 ROAg 与传统农业对土壤和植物健康的影响，并采用标准化方法和相同的土壤健康参数，以扩大全球数据集。此外，在农场规模进行更多测量和监测，有助于评估 ROAg 与传统农业的实际产量差距。
在生态系统服务评估方面，缺乏普遍接受的框架，现有分类框架不够完善，难以全面评估土壤生态系统服务，也难以同时评估多种生态系统服务，进而难以评估不同农业实践的协同效益和权衡。同时，需要更多研究来估计 ROAg 与传统农业相比的潜在经济效益，包括环境、经济和管理方面，并考虑短期和长期情景。最后，还需开发能够准确量化生态系统服务经济价值和社会认知的模型和方法，以促进其融入政策和土地管理策略。
5. 结论
本综述表明，ROAg 对土壤健康有显著积极影响，增强了土壤提供多种生态系统服务的能力，尤其对支持土壤生态系统功能的服务影响明显。不过，在食物和纤维生产方面，ROAg 实践在短期内产量低于传统农业。但 ROAg 对土壤物理、化学和生物性质的积极影响，显示出其在促进土壤健康和可持续农业系统方面的潜力，使农业系统在不可预测的气候条件下更具弹性和生产力。未来仍需更多长期、全面的研究，以填补知识空白，评估采用 ROAg 实践的经济和社会影响。
