全球每年有1200万公顷的农业土壤因土壤退化而消失。作为一名生态学家，我与农民和种植者一起在田间工作，亲眼目睹了农业如何帮助解决这场全球土壤危机。

英国政府环境署2019年的一份报告估计，英格兰和威尔士17%的土壤出现了侵蚀迹象。估计有400万公顷的农田面临土壤压实的风险，土壤被放牧动物或重型机械挤压，导致土壤颗粒之间的气穴被挤出。另有30万公顷土壤受到污染物污染。

但土壤健康指标难以量化，而且政府很少长期采用定期的系统采样策略来评估土壤功能。

农民越来越多地考虑采用再生农业等做法，以限制对土壤的破坏，甚至帮助土壤再生。种植覆盖作物、减少或谨慎管理放养率、直接播种和减少耕作策略，以及种植树木和增加有机质，都可以提供帮助。农民和土壤科学家也开始使用智能技术来可靠地测量土壤状况的变化。

尽管我已经研究土壤有一段时间了，但直到最近我才意识到，土壤评估，特别是向农民推荐的土壤评估，往往侧重于物理和化学措施，而没有太多考虑生活在土壤中的各种生物群落(从微生物和真菌到蚯蚓和植物)。

采样策略往往不考虑土壤条件的巨大变化，即使是在田地内或季节之间。检测多年来或管理实践之间的变化对农民来说通常成本过高，因为需要大量重复样本。

新的研究和技术可以帮助缩小这一差距。具体方法如下：

1.卫星传感器

集约化耕作导致健康土壤的减少。裸露的土壤很容易被风雨侵蚀，气候变化也更容易导致极端天气。耕作会破坏真菌、细菌和其他类似生物的微生物网络，改变土壤颗粒的形状和组合方式，并释放以有机物形式储存的碳。

过度放牧会加剧土壤压实，降低土壤的吸水能力。施用合成化学肥料和农药会危害地上和地下的无脊椎动物和微生物，同时向河流和海洋排放有害污染物。

卫星传感器彻底改变了可用于可视化景观(包括农场)的数据。现在可以使用卫星图像和创新农业技术来监测植物生长和疾病，以及土壤退化和含水量，并观察随时间的变化。因此，可以做出更好的决策，决定如何以最佳方式可持续地耕种，而不会进一步退化某些地方的土壤。

2.土壤传感器

我们脚下的土壤充满生机，大多数陆生生物要么依赖土壤获取养分，要么通过排泄和腐烂为土壤提供养分。使用传感器监测土壤条件的变化可以告诉我们这些变化是否更有利于或不利于特定生物的生存。

使用土壤传感器时无需打扰农作物，也不必将材料送去实验室分析。经过校准，便携性极强的手持式近红外(NIR)传感器可以检测土壤有机物，例如腐烂的植物或粪肥，这是土壤健康和肥沃的良好指标。

在普利茅斯，我们将传感器安装在载人或自主无人机和机器人平台上——这是一种快速简便的方法，即使在崎岖的地形上也能收集有机物样本和信息。体型较小、价格更实惠的机器“狗”能够更好地沿着树篱底部或穿过密集的灌木丛(如薰衣草)移动。

未来，基于静态场的传感器可以利用土壤微生物群落本身发生的化学反应产生的能量来供电。

3.动物传感器

类似于Fitbit和其他活动记录器的单个传感器越来越多地被用于监测动物福利，特别是在室内养殖系统中，例如奶牛。检测运动的传感器也可用于户外放牧的绵羊和奶牛。

通过告诉农民动物在环境中的位置和方式，这些传感器可以帮助查明土壤压实风险高的区域，以便他们能够解决这个问题。

在农村地区，互联网连接不良会限制这些传感器的使用，因此我们正在与达特穆尔等高地地区的农民合作，使用远程广域网(LoRaWAN)-传感器发射器固定在栅栏柱或动物身上，并使用低功率无线电频率将信息立即传递给农民和研究人员。

4.DNA检测

另一项令人兴奋的发展是新型移动DNA技术。小型手持测序仪和扩增和量化DNA的机器以及移动实验室使农民能够在田间短时间内进行采样和测序。

可以使用类似于测试的简单方法检测出生活在土壤中并可能破坏农作物的真菌疾病，例如镰刀菌。使用手持式测序仪，我一直在与有机种植者合作，绘制不同作物和管理实践的田地中微生物群落的图像。这些方法只需几天就能产生结果，这意味着改变实践的影响可以很快显现出来。

新技术为更快、更便宜地监测土壤功能提供了可能性。然而，为了确定最合适的技术，研究人员和从业人员必须共同努力，找到简单的解决方案来监测土壤的状态和健康状况。这将使农民能够决定最合适的管理实践，为子孙后代保护他们的土壤。

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