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Science | POLICY FORUM

Science：跟蹤、定位和保護土壤生物多樣性

自然保護文獻和政策工具主要關注人類發展的影響以及自然保護對海洋和陸地生物（例如鳥類和植物）及過程（例如糧食生產）的好處，但它們幾乎完全忽略了大多數看不見的、生活在土壤中的陸地生物多樣性。人們對大多數土壤生物的保護狀況，以及自然保護政策對土壤系統的影響知之甚少。

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

然而，就像“煤礦里的金絲雀”一樣，當土壤生物開始消失時，生態系統很快就會開始表現不佳，它們為人類提供的重要功能可能會因此受到損壞。因此，在確定自然保護優先事項和政策，以及設計新的保護區時，需要明確考慮土壤生物多樣性及其生態系統功能。

為了給這些努力提供參考，作者們制定了一個全球土壤生物多樣性和生態系統功能監測框架，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）的土壤生態指標，這些指標直接和當前的全球目標相關，例如《生物多樣性公約》、聯合國可持續發展目標（Sustainable Development Goals）和《巴黎協定》下制定的目標。

土壤不僅是陸地生物多樣性的主要儲存庫，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，養分循環、廢物分解）和益處（例如，氣候調節、病原體抗性） ; 它們調節地上系統的多樣性和功能，它們為人類福祉做出重大貢獻 。如果我們不保護土壤，就無法為我們的子孫后代保證未來的地上生物多樣性和糧食生產。

盡管如此，最近關于擴大自然保護的呼吁，以及其他許多旨在形成未來環境政策的倡議，都未考慮到土壤生物多樣性和相關生態系統功能的具體要求。長期以來，有關土壤及其可持續性的討論和數據都集中在其對物理影響（如土壤侵蝕）的脆弱性或對其糧食生產潛力的改善（如通過施肥）。這些狹隘的觀點，往往缺少有形的指標，而且與環境監測脫節，限制了對土壤生物多樣性的生態重要性及其在維持糧食生產系統之外的生態系統功能方面的廣泛討論。普遍的強調也阻礙了土壤成為一個更主流的自然保護優先事項。

盡管存在著將土壤作為生態系統服務提供者進行更全面表述的倡議，但缺乏標準化和及時的信息來跟蹤與土壤有關的政策目標，特別是在全球范圍內。這些信息差距阻礙了支持土壤生物多樣性重要性的強有力的科學信息的傳遞，并推遲了將土壤生物多樣性納入自然保護辯論的進程。

與物理和化學土壤特性不同，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發出來，協調的靜態數據集才剛剛開始出現。正因為如此，而且由于土壤生物多樣性監測在國家層面沒有得到優先考慮，與地上植物和動物相比，土壤生物多樣性缺乏知識。事實上，《生物多樣性公約》 的 196 個締約方中的大多數都沒有明確考慮土壤的國家目標（2011-2020 年），很少有專門考慮土壤保護和生物多樣性的國家目標。

挑戰與機遇

土壤生物，包括線蟲、合胞菌、真菌和細菌，負責一系列復雜的土壤功能，支撐著基本的生態系統服務（例如，氣候調節、土壤肥力）。因此，它們需要具體的保護措施，而不僅僅是保護地上系統或減少過剩肥料和殺菌劑的應用。

積極的措施包括確定土壤生物多樣性熱點、地方性生物和優先棲息地；評估土壤生物多樣性變化的相關驅動因素；以及制定專門的自然保護政策。此外，保護區內的大多數管理決策并不針對土壤，或者即使有，也是以土壤物理特性為重點（例如，減少土壤侵蝕），沒有具體的土壤生物多樣性保護目標。自然保護對土壤生物及其功能的保護效果有限。例如，盡管保護區的擴大對保護鳥類和哺乳動物有明顯的好處，但對地下的多樣性幾乎沒有好處。

為了在全世界范圍內優先考慮土壤的自然保護，決策者需要最新的數據以及透明、可靠和無偏見的政策準備指標，這對提供政策議程的成敗衡量標準至關重要。最近描述土壤生物多樣性的宏觀生態驅動因素和模式的努力、普遍缺乏可比的時間數據、發展協調的大規模監測工作的限制以及大量未描述的土壤棲息物種，都阻礙了對土壤生物多樣性變化的可靠評估。因此，迄今為止，大多數政策都是根據土壤化學（如土壤碳）或對土壤的影響（如土壤侵蝕）的稀少信息制定的，直到最近我們還沒有合適的工具來告知決策者土壤生態的變化和影響。隨著最近DNA技術的進步，整合多樣性和功能數據的方法，以及土壤研究的國際協議（例如，最近糧食及農業組織第27屆農業委員會會議通過的關于為研究目的進行土壤樣本國際交流的決議），我們現在擁有支持大規模生成這種土壤生態知識的資源、主動性和技術。

將土壤生物多樣性和相關生態系統功能排除在自然保護目標之外，意味著政策可能無法代表它們，并可能使土壤生物多樣性和關鍵的生態系統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似的生態模式，這表明，即使重點是恢復野生區域或增加碳匯——兩者都被視為自然保護的積極成果——這些做法可能不會對土壤生物及其相關功能產生同樣的積極影響。此外，盡管受到當前知識和后勤限制的制約，但現有的研究已經顯示了氣候和土地利用變化、污染和其他類型的威脅直接影響土壤系統的規模，這表明政策迫切需要基于對這些陸地生態系統更全面的看法。

全球監測

為了充分理解陸地生物多樣性在氣候變化、可持續發展和自然保護方面的作用，我們必須投資于理解地下的東西。這需要一個整體的系統方法（見圖），包括對各種與土壤有關的基本生物多樣性變量（EBV）的定義，以及標準化的國際監測系統，以跟蹤全球土壤生物多樣性和生態系統功能的狀態和動態變化。這些基本生物多樣性變量（EBV）涵蓋了土壤系統的四個互補維度（土壤物理學、土壤化學、土壤生物多樣性和土壤生態系統功能），并與具體的生態指標相關。這一努力將得到現有機制的推動，這些機制旨在將數據和衍生指標的使用納入主流，為決策和政策制定提供依據，如生物多樣性指標伙伴關系和聯合國環境經濟核算體系。

圖 | 將土壤生物多樣性與政策聯系起來

土壤基本生物多樣性變量（EBVs）（外環）和政策部門（中心）之間的聯系由土壤生物多樣性觀測網絡（SoilBON）通過使用土壤生態指標（內環）聯系起來。細線對應EBV和土壤指標之間的聯系；粗線是指每個土壤指標和具體政策部門之間的聯系。土壤系統的EBVs是作為一個整體的系統方法提出的，其中土壤有機質與相關的土壤化學、物理和功能特性交織在一起，有助于整體社會福祉。

為了滿足這一需求，作者在地球觀測組織生物多樣性觀測網（GEOBON）的框架下建立了第一個全球土壤生物多樣性觀測網（SoilBON; https://geobon.org/bons/thematic-bon/soil-bon），在全世界范圍內系統地收集和采樣關于土壤生物多樣性和功能狀況的觀測數據。為了包括在各大洲工作的研究人員，我們提出了一個計劃，以克服法律上的限制（如集中要求遵守《名古屋議定書》）和操作上的限制（如提供資金支持世界各地的研究人員），產生第一個關于土壤生物多樣性和生態系統功能狀況的全球標準化時間序列。利用從其他倡議中獲得的經驗教訓并整合其他倡議中使用的方法，并由世界各地的多個機構共同資助，該計劃將在整個監測基礎設施中實施標準協議，以系統地評估保護區和非保護區的土壤生物多樣性和土壤生態系統功能。

盡管一個全球網絡無法區分具體的管理實踐，但它可以喚起人們對以土壤為重點的自然保護的良好范例的關注，并可作為全球參考，用于跨地區和國家的比較，從而有助于制定更有效的土壤保護政策。通過確定土壤生態指標和與政策目標相關的各種報告需求之間的聯系，我們為研究人員和政策制定者提供了一份路線圖（見補充文獻），說明數據收集的優先次序以及如何將這些信息納入政策設計。

需要有效的土壤監測來提高我們緩解當前全球環境變化的能力，并為不同的政策部門提供信息，如自然保護（如SDG目標15.1）、土地退化（SDG目標15.3）、氣候緩解和適應（如巴黎協議2015）、林業（如聯合國生態系統恢復十年）和糧食安全（如SDG目標2和歐盟共同農業政策）。如果沒有覆蓋不同生態系統和環境條件的當地合作伙伴的廣泛網絡，這樣的全球倡議是不可行的。這包括為在發展中國家工作的同事提供支持，并在不同的志愿服務機構之間建立一個集中的全球分析網絡，使其具有高度的標準化和分析能力，并可擴展到潛在的新伙伴或遵循相同標準的倡議（例如，以區域或專題為重點，或以數據協調和綜合為重點）。除了提高全世界現有土壤生態數據的數量和質量外，由于與全球土壤計劃的全球土壤實驗室網絡正在形成的合作，當地產生的數據和信息也將在各國和各項目之間具有可比性。

該計劃必須包括對能力建設和知識共享機制的堅定承諾（2020年后生物多樣性公約目標D），以及一個開放的世界土壤生物多樣性資源檔案。它提供了一個多層次的方法（利用參考實驗室進行全球協調的采樣和協調，跨實驗室的標準化和協議，利用一套明確的EBV和政策相關的指標進行數據匯總，跨舉措和跨時間的驗證和報告），其他網絡、國家和地區可以在此基礎上創建一個可比較的全球土壤生物多樣性和功能評估。目標是在現有評估的基礎上創建一個項目（如全球土壤生物多樣性評估），提供關于土壤生物多樣性和功能的狀態和趨勢的寶貴信息，以支持當前的政策制定，并幫助重塑政策，使土壤及其生物多樣性成為全球可持續性思維的中心。第一個例子是在歐洲，SoilBON和幾個研究機構之間的合作旨在提供基本的生物多樣性數據，為當前和未來的歐洲政策提供信息（例如，2030年歐洲生物多樣性戰略）。

我們的目標是，在未來，巨型蚯蚓(如Rhinodrilus alatus（Righi 1971）)或特有真菌(如Lactarius indigo（Schwein 1822）)的保護價值得到認可，其生態環境得到自然保護措施的適當保護（例如，建立免耕區或促進環境補償計劃，明確包括與土壤有關的措施，如有利于土壤無脊椎動物和真菌的枯枝管理計劃）。在設計保護區時應考慮當地的土壤生物多樣性，并在實施適當的管理工作時強調。為此，我們提出了一套補充性的生態指標，考慮了土壤生態的多個方面（生物多樣性和關鍵生態系統功能之間），并對土壤系統進行了全面概述。這些指標的制定是為了滿足特定的社會需求（例如，土壤健康、養分循環和肥力或植物病原體），但也是為了將土壤生態數據的使用擴展到其他政策領域【例如，自然保護（土壤保護價值、土壤生物多樣性）；氣候行動和土地退化中性（土壤的生態脆弱性、土壤碳儲存）】。如果考慮到整個政策范圍，這些指標將提供基線數據和方法，以繪制和評估全球土壤生物多樣性和功能的現狀和時間趨勢，并確定在未來氣候和土地利用變化的背景下，哪些地區更容易受到生態系統突然轉變的影響。

基于EBV和整體指標的國際土壤監測計劃，如本文所述，將提供工具來評估我們在未來幾十年內離保護目標有多遠，作為一個早期預警系統，評估當前自然保護措施在保護土壤生物多樣性和功能方面的成敗。

原文標題 Tracking, targeting, and conserving soil biodiversity，2021-1-15發表于 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

來源：生態趨勢