從問題到解決方案：土壤與可持續(xù)發(fā)展目標的實現(xiàn)

可持續(xù)發(fā)展是時代的主旋律!土壤在人類文明及可持續(xù)發(fā)展中的意義尚未得到應(yīng)有的重視。《中國科學(xué)院院刊》組織了“土壤與可持續(xù)發(fā)展”專題，針對土壤資源保護、土壤污染防治等方面存在的問題，提供相關(guān)解決方案，以期為建設(shè)美麗中國、健康中國貢獻科技力量。該專題由中國科學(xué)院南京土壤研究所張甘霖研究員指導(dǎo)推進。

土壤是地球鮮活的、會呼吸的皮膚，是陸地表層系統(tǒng)的核心，孕育著世間萬物，是人類賴以生存的最基本自然資源。土壤具有社會、生態(tài)、經(jīng)濟、文化和精神層面的價值，同時也在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)中發(fā)揮著支持、供給、調(diào)節(jié)和文化服務(wù)等功能，在生物質(zhì)生產(chǎn)、環(huán)境凈化、氣候變化緩解、生物多樣性維持、自然文化遺產(chǎn)保護、景觀旅游資源開發(fā)等方面發(fā)揮著重要作用。2015 年 9 月，世界各國領(lǐng)導(dǎo)人在紐約聯(lián)合國峰會上通過了《2030 年可持續(xù)發(fā)展議程》，該議程涵蓋 17 項宏偉的全球可持續(xù)發(fā)展目標(Sustainable Development Goals，SDGs)。全球可持續(xù)發(fā)展目標建立在聯(lián)合國千年發(fā)展目標(Millennium Development Goals，MDGs)所取得的成就之上，適用于所有國家，包含經(jīng)濟增長、社會包容和環(huán)境保護可持續(xù)發(fā)展三個維度，致力于進一步消除一切形式的貧困。其中 13 項目標直接或間接與土壤有關(guān)，土壤生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)勢必為全球可持續(xù)發(fā)展目標的實現(xiàn)提供關(guān)鍵保障。2015 年是聯(lián)合國確定的國際土壤年，該年確立的全球可持續(xù)發(fā)展目標，為土壤學(xué)家提供了彰顯土壤功能助推可持續(xù)發(fā)展目標實現(xiàn)的新的、獨特的機遇。

1 土壤功能與土壤生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)

基于千年生態(tài)系統(tǒng)評估，聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)在國際土壤年發(fā)布的《世界土壤資源狀況報告》中厘定了土壤功能及其提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。土壤生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指人類從土壤生態(tài)系統(tǒng)獲得的惠益，包括支持服務(wù)(supporting services)、調(diào)節(jié)服務(wù)(regulating services)、供給服務(wù)(provisioning services)和文化服務(wù)(cultural services)四類。支持服務(wù)是指其他所有生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)實現(xiàn)所必要的服務(wù)，對人類的影響通常是間接的，或者影響的時間尺度很長;調(diào)節(jié)服務(wù)是指從生態(tài)系統(tǒng)過程調(diào)節(jié)獲得的惠益;供給服務(wù)是指從生態(tài)系統(tǒng)獲得的對人類有直接益處的產(chǎn)品;文化服務(wù)是指人類以精神富足、審美體驗、自然和文化遺產(chǎn)保護與重建形式從生態(tài)系統(tǒng)獲得的非物質(zhì)惠益。表 1 列出了土壤生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及其實現(xiàn)所需的土壤功能。

2 可持續(xù)發(fā)展目標與土壤生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的關(guān)系

全球可持續(xù)發(fā)展的 17 項目標是對經(jīng)濟、社會和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的總體預(yù)期?？沙掷m(xù)發(fā)展目標以人為本，致力于保護我們共同的地球家園，旨在消除一切形式的貧困，是各國政府對人民的莊嚴承諾。土壤與人類的生存和發(fā)展有著密切聯(lián)系，在解決全球現(xiàn)實問題，尤其是糧食安全、水安全、氣候變化、生物多樣性等方面，土壤居于中心地位?？沙掷m(xù)發(fā)展目標全方位涉及土壤生態(tài)系統(tǒng)的 16 種服務(wù)(表 2)，其中與土壤直接相關(guān)的有 8 項(目標 2，3，6，7，11—13 和 15)，間接相關(guān)的有 5 項(目標1，4，8，9 和 16)。因此，土壤生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的全面發(fā)揮將深入推進可持續(xù)發(fā)展目標的實現(xiàn)。

基于上述共識，土壤科學(xué)團體、政策制定者、企業(yè)和社會大眾等參與主體應(yīng)采取更大范圍的切實有效的行動。不同的參與主體應(yīng)承擔(dān)與其職能相應(yīng)的責(zé)任，土壤科學(xué)團體應(yīng)加強有針對性、創(chuàng)新性的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，加大與相關(guān)學(xué)科的交叉與融合，加強科普傳播，加深人們對土壤生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與可持續(xù)發(fā)展目標間關(guān)系的認知。同時，我們必須承認土壤生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)由自然界提供，人類干預(yù)生態(tài)系統(tǒng)時需認清系統(tǒng)本身的特點、動態(tài)和閾值，唯有在重視土壤生態(tài)系統(tǒng)過程、反饋和閾值的前提下，可持續(xù)發(fā)展目標才能達成。下面將從 4 個方面深入論述土壤生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與可持續(xù)發(fā)展目標的關(guān)系。

2.1 土壤支撐糧食安全(可持續(xù)發(fā)展目標 1—3，8 和12)

民以食為天，食以土為本。農(nóng)業(yè)是人類生存的基礎(chǔ)，而土壤是農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)。土壤生態(tài)系統(tǒng)的支持、調(diào)節(jié)和供給服務(wù)是糧食安全的根基。全球70億人口每天消耗的資源中，80%以上的熱量、75% 的蛋白質(zhì)和植物纖維都直接來自土壤。綠色植物生長發(fā)育有五大基本要素，即日光(光能)、熱量(熱能)、空氣(氧氣及二氧化碳)、水分和養(yǎng)分，其中所需的水分和養(yǎng)分主要通過根系從土壤中獲取;而其生長必需的 16種營養(yǎng)元素中，除碳以二氧化碳形式主要吸收自空氣外，其他15種(氫、氧、氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫、鐵、錳、銅、鋅、硼、鉬、氯)主要攝取自土壤。土壤不僅是陸地植物的營養(yǎng)庫，還是植物生根發(fā)芽的介質(zhì)。植物通過根系在土壤中伸展和穿插，獲得土壤的機械支撐作用，以保證地上部穩(wěn)定立于地表。

同時，土壤中生存著種類繁多、數(shù)量巨大的微生物可幫助植物獲得養(yǎng)分，抵御病害，增強對干旱、洪水、高鹽、重金屬污染、有機污染、高溫及低溫等逆境的脅迫。據(jù)估計，土壤中的根瘤菌豆科植物共生體每年從大氣中固定的氮元素高達1.3億噸，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。2012年12月出版的美國微生物學(xué)會討論會報告《微生物如何幫助養(yǎng)活人類》提出了一個宏偉可行的目標，即在20年內(nèi)微生物使糧食增產(chǎn)20%，并將化肥和農(nóng)藥使用量各降低20%。

目前，一方面，全球人口快速增加對糧食需求量日益增長;另一方面，人為活動的強烈干預(yù)造成土壤嚴重退化，優(yōu)質(zhì)耕地的糧食供給能力不斷降低?！妒澜缤寥蕾Y源狀況報告》[3]顯示全球土壤面臨侵蝕、封閉、污染、酸化、鹽堿化、壓實和養(yǎng)分失衡等諸多突出問題，嚴重制約糧食供給能力。例如，據(jù)統(tǒng)計，全球土壤年均侵蝕速率為12—15噸/公頃，造成作物產(chǎn)量每年相應(yīng)下降約 0.3%。以全球15.3億公頃的耕地進行估算，從2015—2050年，作物產(chǎn)量將累計降低10.25%，這相當于35年損失了約1.5 億公頃能生產(chǎn)糧食的耕地。又如，經(jīng)粗略估計，全球城市化每天造成的土壤永久封閉面積為250—300平方公里。土壤退化問題使土壤糧食安全保障能力受到巨大挑戰(zhàn)，可持續(xù)利用、管理和保護土壤尤為迫切。