综述：再生性强化：一种以土壤为中心，用于提升食物营养品质、土壤健康及气候韧性的方法

《Agricultural Systems》：Regenerative fortification: A soil-centric approach for enhancing food nutritional quality, soil health, and climate resilience

　　

•再生强化是一种以土壤为中心的生产营养食品的方法。
•土壤健康被视为决定食品营养品质的因素。
•根际土壤是食物链中养分循环的起点。
•现有证据表明其对多种营养素和分子产生影响。
•食品成分需要结合单位面积的“养分”产量来补充。

引言
2024 年，全球有 23 亿人面临中度或重度粮食不安全状况，26 亿人无法负担健康饮食（FAO, 2025）。超过 20 亿人缺乏关键矿物质和维生素，包括锌、铁、维生素 A 和碘（Ji 等，2024）。最近的一项微量元素摄入量建模表明，40 至 50 亿人微量元素摄入不足（Passarelli 等，2024）。在低收入国家，患微量元素缺乏症及相关健康后果的风险特别高，非洲地区的患病率分别为：铁 5%，锌 40%，钙 54%，硒 28%，碘 19%（Joy 等，2014）。

大气中二氧化碳（CO2）水平处于历史新高，导致平均气温升高、极端天气事件更频繁以及海平面上升。虽然提高大气 CO2 水平可以提高蔬菜等作物的产量（Dong 等，2020），但它们与其他作物的生产力和微量元素浓度降低有关（Chumley 和 Hewlings, 2020）。例如，在 550 ppm 的高大气 CO2 条件下，各种粮食作物的蛋白质、铁和锌含量比当前水平减少 3–17%，主要原因是养分稀释（Smith 和 Myers, 2018）。作者估计，CO2 浓度升高可能导致额外 1.75 亿人缺锌，1.22 亿人缺蛋白质。

与此同时，我们 95% 的食物来源于世界三分之一的土壤，这些土壤已经退化。预计由于侵蚀、化学品投入过度使用和工业污染，到 2050 年世界 90% 的土壤可能面临风险（FAO, 2015）。传统农业优先考虑生产力而非质量和环境可持续性，农用化学品的滥用对人类健康和行星健康产生不利影响。矿物肥料的过度使用和集约化耕作导致土壤健康退化、水污染，并增加温室气体（GHG）排放（Sainju, 2016）。食品系统占排放总量的 34%，其中最大份额来自农业和土地利用（71%）（Crippa 等，2021）。

尽管土壤是人类食物的基础，但其对人类营养和健康的重要性一直被忽视。事实上，土壤健康和人类健康通过食物密不可分地联系在一起。几乎所有人食用和牲畜饲料的植物都依赖土壤（FAO, 2022a）。在养分缺乏土壤上种植的作物营养密度较低，增加了人类和动物饮食中微量元素缺乏的可能性（FAO, 2022b）。已知土壤微量元素缺乏与人类饮食微量元素缺乏之间存在地理重叠，例如缺锌土壤与饮食缺锌之间（Cakmak, 2008）。在马拉维，酸性土壤地区超过 80% 的农村家庭膳食硒供应不足，而碱性土壤地区为 55%（Joy 等，2015a）。在埃塞俄比亚和马拉维的耕地地区，Gashu 等（2021）发现主粮矿质浓度存在巨大差异，这主要由土壤类型等空间因素驱动。在埃塞俄比亚中部和西南部，土壤特性解释了蚕豆种子中铁、锌和硒含量的差异，从而影响了微量元素的膳食摄入量（Sileshi 等，2022）。

在中国，这个主要的农业生产国，土壤通常缺乏微量元素，包括硼、铜、铁、锰、钼、硒和锌。缺硒土壤也很广泛，导致大骨节病和克山病（Yang 等，2007）。在印度，基于近 25 万个土壤样本，Singh（2009）发现 49% 的土壤至少缺乏一种微量元素。与土壤中有效锌水平低相对应，45% 的植物样本被发现锌含量低。在撒哈拉以南非洲的土壤中，Kihara 等（2020）发现广泛存在微量元素缺乏，其中锌缺乏最严重，其次是硼、铁、钼和铜。不幸的是，农业土壤中的微量元素缺乏在全球范围内呈上升趋势。这归因于养分可用性降低、养分迁移率降低以及植物吸收养分能力降低等因素（Kumar 等，2016）。

证据表明，土壤退化的程度被严重低估，尽管矿物 NPK 肥料增加了产量，但它们并没有用农业移除的更广泛的营养素来补充被开采的土壤（Jones 等，2013）。例如，在印度，数十年来使用 NPK 肥料种植小麦和稻米提高了产量，但导致作物提取土壤微量元素到如此程度，以至于锌等微量元素的生物有效性变得有限，阻碍了人类的锌摄入（Cakmak, 2009）。

生物强化是通过遗传和农艺方法增加作物中微量营养素含量和/或生物利用度的过程（Bouis 等，2011）。传统和现代育种技术代表了开发生物强化作物的遗传方法。生物强化作物品种在营养投入有限时可以提供优势，因为它们具有从土壤中提取更多养分的遗传能力，并且其可食部分的营养成分高于非生物强化品种。然而，在养分贫瘠的土壤中使用生物强化品种可能导致养分吸收效率低，在某些情况下，通过持续的养分开采导致土壤进一步退化。因此，生物强化作物不应单独使用，而需要伴随着维持适当土壤健康和养分平衡的措施（FAO, 2023a, FAO, 2023b）。农艺强化是将含微量元素的矿物肥料施用于土壤或植物叶片上（de Valen?a 等，2017; Cakmak, 2008）。虽然施用微量元素可以增加其在作物中的浓度并有助于解决一些微量元素缺乏问题，但它们往往对农民来说不可用或不可及，且其有效性可能受到土壤化学反应的限制（FAO, 2023a, FAO, 2023b）。

在土壤中，主要是其化学、物理和生物特性之间的多方面相互作用，使得必需的大量元素和微量元素能够释放、储存、供应和转移给植物（Weil 和 Brady, 2017）。虽然许多土壤特性本质上由母岩、环境和气候决定，但农业管理也强烈塑造了土壤过程和特性。例如，根际微量元素的可用性主要受植物根分泌物和根 - 微生物相互作用的支配（FAO, 2022a）。管理实践，如耕作、施肥、作物轮作、灌溉、农药施用和覆盖，会影响土壤特性、养分可用性和作物表现。因此，了解农业管理如何影响土壤特性、功能和土壤健康，以及如何优化它以增加生产力、提高食品营养价值并减少环境足迹，是很重要的。

土壤健康是“土壤作为维持植物、动物和人类的生态系统持续发挥作用的能力”（Lehmann 等，2020）。因为土壤健康位于物理、化学和生物特性的交叉点，它通过影响植物、动物以及最终人类可用的营养素的形态、数量和多样性，在决定食品营养品质方面发挥着根本作用。健康的土壤具有高有机质含量、良好的物理特性、高生物活性以及平衡的养分比例和可用性，支持最佳的养分吸收、植物生长、产量和品质。由于改善土壤健康是再生农业的关键目标，预计再生实践可以强烈塑造食品的营养品质。

章节摘要
再生农业：更健康土壤和营养食品的机会
迫切需要能够增强土壤健康、减少温室气体排放和生产营养密集型食品的气候智慧型农业方法。再生农业将生态原理融入食品生产，同时最大限度地减少对土壤、水和景观的退化（Wezel 等，2020）。它提供了一种有前景的以土壤为中心的方法来实现多重效益。尽管对再生农业的定义各不相同，但综述表明，诸如减少耕作、覆盖...

引入再生强化方法
由于各种再生农业实践被发现可以增加食品中微量元素和植物化学物的浓度，建立具有平衡化学、物理和生物特性的健康、富含有机质的土壤，可以是改善食品营养品质同时增强生产系统韧性和可持续性的有前景战略。

在本文中，我们介绍了“再生强化”——一种以土壤为中心的生产具有...的作物和动物的方法...

概述土壤特性和控制养分流动的过程
土壤中的养分可用性由母质以及土壤和生物因素决定，包括 pH 值、氧化还原电位、与离子的相互作用、与土壤矿物的反应、有机质和土壤微生物活性（Dhaliwal 等，2019）。在土壤 - 植物 - 微生物空间，如根际（详见第 4.4 节），使养分可利用的重要机制包括作物根分泌物、菌根网络、根系架构和微生物群落动态（

再生强化的益处——从土壤到人类和气候
表 1 中审查的证据展示了再生实践对作物和动物营养品质的已知影响。现有证据表明其对多种营养素和生物分子产生影响，尽管证据基础分散在不同的实践和商品组中。为了得出更清晰的结果模式，包括其权衡，需要加强和综合证据。

再生强化不同于传统和...

再生强化的更广泛视角和局限性
所有生物强化方法都旨在改善作物或动物源性食品的营养成分。现有方法——包括遗传、转基因和农艺强化——往往仅关注特定的营养结果。再生强化嵌入在土壤健康中，可以同时为食品质量、更清洁的环境和气候韧性做出贡献。

现有生物强化策略已被广泛讨论（例如，de Valen?a 等，2017;

局限性、研究空白和行动呼吁
尽管具有潜在广泛益处，再生强化可能会受到几个障碍和知识空白的限制，从而限制其采用。土壤健康的改善通常需要时间，且高度依赖背景，在不同环境和农业系统中的成功各不相同。对于在不同背景下哪种特定实践或投入最有效，理解有限。对于再生系统的合适基因型，知识也很有限，新品种...

结论
日益增长的需求是解决数十年来不可持续农业和土地退化带来的环境、社会和经济挑战。建设健康和韧性土壤的再生农业，有潜力为人类和地球带来多重效益。越来越多的证据表明，某些再生实践不仅产生积极的环境、气候和经济结果，还能改善食品的营养品质。本文...

CRediT 作者贡献声明
Lukas Pawera：写作 - 审查与编辑，写作 - 初稿，项目管理，方法论，调查，资金获取，概念化。Rika Augustin：写作 - 审查与编辑，写作 - 初稿，方法论，调查。Lokeshwar Kesamreddy：写作 - 审查与编辑，写作 - 初稿，调查。Ee Von Goh：写作 - 初稿，方法论，调查。John de la Parra：写作 - 初稿，方法论。Nick Pasiecznik：写作 –

资金
我们感谢洛克菲勒基金会通过项目资助编号 2024 FOD 030 提供的资金。本出版物也基于受食品与农业研究基金会支持的工作，资助编号 - 资助 ID: 25-001670。我们感谢世界蔬菜中心长期战略捐赠者：台湾、英国、美国、澳大利亚、德国、泰国、菲律宾、韩国和日本。

竞争利益声明
作者声明，他们没有已知的竞争财务利益或个人关系可能影响本文中报告的工作。

致谢
我们感谢 Edward Joy（洛桑研究所和伦敦卫生与热带医学学院）和 Eric J. von Wettberg（佛蒙特大学）对本文早期版本的批评性评论。所有信息，包括任何潜在的不准确之处，均由作者负责。

Lukas Pawera|Rika Augustin|Lokeshwar Kesamreddy|Ee Von Goh|John de la Parra|Nick Pasiecznik|Samuel Mathu Ndungu