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Science | POLICY FORUM

Science：跟踪、定位和保护土壤生物多样性

自然保护文献和政策工具主要关注人类发展的影响以及自然保护对海洋和陆地生物（例如鸟类和植物）及过程（例如粮食生产）的好处，但它们几乎完全忽略了大多数看不见的、生活在土壤中的陆地生物多样性。人们对大多数土壤生物的保护状况，以及自然保护政策对土壤系统的影响知之甚少。

跳虫（例如如图所示的澳大利亚昆士兰北部的Acanthanura sp.）可以作为土壤质量的有用指标，也是自然保护措施的重点。

然而，就像“煤矿里的金丝雀”一样，当土壤生物开始消失时，生态系统很快就会开始表现不佳，它们为人类提供的重要功能可能会因此受到损坏。因此，在确定自然保护优先事项和政策，以及设计新的保护区时，需要明确考虑土壤生物多样性及其生态系统功能。

为了给这些努力提供参考，作者们制定了一个全球土壤生物多样性和生态系统功能监测框架，以便在2020 年后《生物多样性公约》讨论的背景下加以考虑。为了支持这个框架，我们提出了一套基于基本生物多样性变量（essential biodiversity variables，EBV）的土壤生态指标，这些指标直接和当前的全球目标相关，例如《生物多样性公约》、联合国可持续发展目标（Sustainable Development Goals）和《巴黎协定》下制定的目标。

土壤不仅是陆地生物多样性的主要储存库，拥有地球上大约四分之一的物种，而且还提供多种功能（例如，养分循环、废物分解）和益处（例如，气候调节、病原体抗性） ; 它们调节地上系统的多样性和功能，它们为人类福祉做出重大贡献 。如果我们不保护土壤，就无法为我们的子孙后代保证未来的地上生物多样性和粮食生产。

尽管如此，最近关于扩大自然保护的呼吁，以及其他许多旨在形成未来环境政策的倡议，都未考虑到土壤生物多样性和相关生态系统功能的具体要求。长期以来，有关土壤及其可持续性的讨论和数据都集中在其对物理影响（如土壤侵蚀）的脆弱性或对其粮食生产潜力的改善（如通过施肥）。这些狭隘的观点，往往缺少有形的指标，而且与环境监测脱节，限制了对土壤生物多样性的生态重要性及其在维持粮食生产系统之外的生态系统功能方面的广泛讨论。普遍的强调也阻碍了土壤成为一个更主流的自然保护优先事项。

尽管存在着将土壤作为生态系统服务提供者进行更全面表述的倡议，但缺乏标准化和及时的信息来跟踪与土壤有关的政策目标，特别是在全球范围内。这些信息差距阻碍了支持土壤生物多样性重要性的强有力的科学信息的传递，并推迟了将土壤生物多样性纳入自然保护辩论的进程。

与物理和化学土壤特性不同，研究土壤生物多样性和功能所需的高分辨率和分子工具直到最近才开发出来，协调的静态数据集才刚刚开始出现。正因为如此，而且由于土壤生物多样性监测在国家层面没有得到优先考虑，与地上植物和动物相比，土壤生物多样性缺乏知识。事实上，《生物多样性公约》 的 196 个缔约方中的大多数都没有明确考虑土壤的国家目标（2011-2020 年），很少有专门考虑土壤保护和生物多样性的国家目标。

挑战与机遇

土壤生物，包括线虫、合胞菌、真菌和细菌，负责一系列复杂的土壤功能，支撑着基本的生态系统服务（例如，气候调节、土壤肥力）。因此，它们需要具体的保护措施，而不仅仅是保护地上系统或减少过剩肥料和杀菌剂的应用。

积极的措施包括确定土壤生物多样性热点、地方性生物和优先栖息地；评估土壤生物多样性变化的相关驱动因素；以及制定专门的自然保护政策。此外，保护区内的大多数管理决策并不针对土壤，或者即使有，也是以土壤物理特性为重点（例如，减少土壤侵蚀），没有具体的土壤生物多样性保护目标。自然保护对土壤生物及其功能的保护效果有限。例如，尽管保护区的扩大对保护鸟类和哺乳动物有明显的好处，但对地下的多样性几乎没有好处。

为了在全世界范围内优先考虑土壤的自然保护，决策者需要最新的数据以及透明、可靠和无偏见的政策准备指标，这对提供政策议程的成败衡量标准至关重要。最近描述土壤生物多样性的宏观生态驱动因素和模式的努力、普遍缺乏可比的时间数据、发展协调的大规模监测工作的限制以及大量未描述的土壤栖息物种，都阻碍了对土壤生物多样性变化的可靠评估。因此，迄今为止，大多数政策都是根据土壤化学（如土壤碳）或对土壤的影响（如土壤侵蚀）的稀少信息制定的，直到最近我们还没有合适的工具来告知决策者土壤生态的变化和影响。随着最近DNA技术的进步，整合多样性和功能数据的方法，以及土壤研究的国际协议（例如，最近粮食及农业组织第27届农业委员会会议通过的关于为研究目的进行土壤样本国际交流的决议），我们现在拥有支持大规模生成这种土壤生态知识的资源、主动性和技术。

将土壤生物多样性和相关生态系统功能排除在自然保护目标之外，意味着政策可能无法代表它们，并可能使土壤生物多样性和关键的生态系统功能更容易受到全球变化的影响。地下和地上的多样性不一定遵循类似的生态模式，这表明，即使重点是恢复野生区域或增加碳汇——两者都被视为自然保护的积极成果——这些做法可能不会对土壤生物及其相关功能产生同样的积极影响。此外，尽管受到当前知识和后勤限制的制约，但现有的研究已经显示了气候和土地利用变化、污染和其他类型的威胁直接影响土壤系统的规模，这表明政策迫切需要基于对这些陆地生态系统更全面的看法。

全球监测

为了充分理解陆地生物多样性在气候变化、可持续发展和自然保护方面的作用，我们必须投资于理解地下的东西。这需要一个整体的系统方法（见图），包括对各种与土壤有关的基本生物多样性变量（EBV）的定义，以及标准化的国际监测系统，以跟踪全球土壤生物多样性和生态系统功能的状态和动态变化。这些基本生物多样性变量（EBV）涵盖了土壤系统的四个互补维度（土壤物理学、土壤化学、土壤生物多样性和土壤生态系统功能），并与具体的生态指标相关。这一努力将得到现有机制的推动，这些机制旨在将数据和衍生指标的使用纳入主流，为决策和政策制定提供依据，如生物多样性指标伙伴关系和联合国环境经济核算体系。

图 | 将土壤生物多样性与政策联系起来

土壤基本生物多样性变量（EBVs）（外环）和政策部门（中心）之间的联系由土壤生物多样性观测网络（SoilBON）通过使用土壤生态指标（内环）联系起来。细线对应EBV和土壤指标之间的联系；粗线是指每个土壤指标和具体政策部门之间的联系。土壤系统的EBVs是作为一个整体的系统方法提出的，其中土壤有机质与相关的土壤化学、物理和功能特性交织在一起，有助于整体社会福祉。

为了满足这一需求，作者在地球观测组织生物多样性观测网（GEOBON）的框架下建立了第一个全球土壤生物多样性观测网（SoilBON; https://geobon.org/bons/thematic-bon/soil-bon），在全世界范围内系统地收集和采样关于土壤生物多样性和功能状况的观测数据。为了包括在各大洲工作的研究人员，我们提出了一个计划，以克服法律上的限制（如集中要求遵守《名古屋议定书》）和操作上的限制（如提供资金支持世界各地的研究人员），产生第一个关于土壤生物多样性和生态系统功能状况的全球标准化时间序列。利用从其他倡议中获得的经验教训并整合其他倡议中使用的方法，并由世界各地的多个机构共同资助，该计划将在整个监测基础设施中实施标准协议，以系统地评估保护区和非保护区的土壤生物多样性和土壤生态系统功能。

尽管一个全球网络无法区分具体的管理实践，但它可以唤起人们对以土壤为重点的自然保护的良好范例的关注，并可作为全球参考，用于跨地区和国家的比较，从而有助于制定更有效的土壤保护政策。通过确定土壤生态指标和与政策目标相关的各种报告需求之间的联系，我们为研究人员和政策制定者提供了一份路线图（见补充文献），说明数据收集的优先次序以及如何将这些信息纳入政策设计。

需要有效的土壤监测来提高我们缓解当前全球环境变化的能力，并为不同的政策部门提供信息，如自然保护（如SDG目标15.1）、土地退化（SDG目标15.3）、气候缓解和适应（如巴黎协议2015）、林业（如联合国生态系统恢复十年）和粮食安全（如SDG目标2和欧盟共同农业政策）。如果没有覆盖不同生态系统和环境条件的当地合作伙伴的广泛网络，这样的全球倡议是不可行的。这包括为在发展中国家工作的同事提供支持，并在不同的志愿服务机构之间建立一个集中的全球分析网络，使其具有高度的标准化和分析能力，并可扩展到潜在的新伙伴或遵循相同标准的倡议（例如，以区域或专题为重点，或以数据协调和综合为重点）。除了提高全世界现有土壤生态数据的数量和质量外，由于与全球土壤计划的全球土壤实验室网络正在形成的合作，当地产生的数据和信息也将在各国和各项目之间具有可比性。

该计划必须包括对能力建设和知识共享机制的坚定承诺（2020年后生物多样性公约目标D），以及一个开放的世界土壤生物多样性资源档案。它提供了一个多层次的方法（利用参考实验室进行全球协调的采样和协调，跨实验室的标准化和协议，利用一套明确的EBV和政策相关的指标进行数据汇总，跨举措和跨时间的验证和报告），其他网络、国家和地区可以在此基础上创建一个可比较的全球土壤生物多样性和功能评估。目标是在现有评估的基础上创建一个项目（如全球土壤生物多样性评估），提供关于土壤生物多样性和功能的状态和趋势的宝贵信息，以支持当前的政策制定，并帮助重塑政策，使土壤及其生物多样性成为全球可持续性思维的中心。第一个例子是在欧洲，SoilBON和几个研究机构之间的合作旨在提供基本的生物多样性数据，为当前和未来的欧洲政策提供信息（例如，2030年欧洲生物多样性战略）。

我们的目标是，在未来，巨型蚯蚓(如Rhinodrilus alatus（Righi 1971）)或特有真菌(如Lactarius indigo（Schwein 1822）)的保护价值得到认可，其生态环境得到自然保护措施的适当保护（例如，建立免耕区或促进环境补偿计划，明确包括与土壤有关的措施，如有利于土壤无脊椎动物和真菌的枯枝管理计划）。在设计保护区时应考虑当地的土壤生物多样性，并在实施适当的管理工作时强调。为此，我们提出了一套补充性的生态指标，考虑了土壤生态的多个方面（生物多样性和关键生态系统功能之间），并对土壤系统进行了全面概述。这些指标的制定是为了满足特定的社会需求（例如，土壤健康、养分循环和肥力或植物病原体），但也是为了将土壤生态数据的使用扩展到其他政策领域【例如，自然保护（土壤保护价值、土壤生物多样性）；气候行动和土地退化中性（土壤的生态脆弱性、土壤碳储存）】。如果考虑到整个政策范围，这些指标将提供基线数据和方法，以绘制和评估全球土壤生物多样性和功能的现状和时间趋势，并确定在未来气候和土地利用变化的背景下，哪些地区更容易受到生态系统突然转变的影响。

基于EBV和整体指标的国际土壤监测计划，如本文所述，将提供工具来评估我们在未来几十年内离保护目标有多远，作为一个早期预警系统，评估当前自然保护措施在保护土壤生物多样性和功能方面的成败。

原文标题 Tracking, targeting, and conserving soil biodiversity，2021-1-15发表于 Science 的 POLICY FORUM 板块

作者丨Carlos A. Guerra, ......, Diana H. Wall & Nico Eisenhauer等

编译丨EcoTrends

©Science  | doi:10.1126/science.abd7926

来源：生态趋势