Nature Plants | 学科割裂的现实困境：90%的作物育种未考虑土壤条件，这是现代育种体系的局限性

摘要：近日，Nature Plants在线发表题为“Future crop breeding needs to consider future soils”的评论文章，文章中指出目前90%的育种研究未考虑土壤因素。

近日，Nature Plants在线发表题为“Future crop breeding needs to consider future soils”的评论文章，文章中指出目前90%的育种研究未考虑土壤因素。

当前作物育种实践存在显著认知偏差：育种机构在品种选育过程中普遍采用同质化土壤测试环境，忽视农田土壤系统固有的空间分异特征。这种"理想土壤"导向的育种策略，导致新品种在真实田间异质土壤中的表型表达（phenotypic expression）存在显著偏差。值得注意的是，为满足2050年全球人口增长25%带来的粮食需求增量（需提升50-60%产量），育种体系必须突破现有范式，开发适应气候变暖（+2°C）情境的高效资源利用（resource-use efficiency）基因型。

集约化农业管理（intensive agricultural practices）与极端气候事件的协同作用，已引发全球尺度的土壤功能退化（soil degradation）。机械作业导致的土壤压实（soil compaction）形成阻根层（hardpans），耕作引发的团聚体（soil aggregates）破碎加剧风水侵蚀（erosion）。数据显示：全球每年流失200-370亿吨肥沃表土，造成谷物减产760万吨；35%农地（16.6亿公顷）处于退化状态，直接威胁粮食安全（food security）目标实现。

粮食增产需求驱动的农业持续集约化，将加剧土壤结构劣化进程。气候变暖引发的降水模式改变（precipitation pattern alteration）与极端天气频发，可能通过以下机制影响土壤健康：① 免耕系统（no-tillage systems）初期增加容重（bulk density），抑制种子萌发（seed germination）与根系拓殖（root colonization）；② 长期增温使大团聚体（macroaggregates）分解加速，导致土壤孔隙度（porosity）下降3.4-5.0%；③ 土壤水分动态变化改变机械阻抗（mechanical impedance）响应阈值，影响作物水分利用策略（water-use strategy）。

文献计量分析（n=650,000+）显示：90%的育种研究未考虑土壤因素，仅1%的基因型测试涉及土壤物理性质变异场景（如容重、质地梯度）。品种认证体系（seed certification system）存在的制度性缺陷更加突出：全球认证机构均未建立土壤条件响应测试规程，品种审定完全基于高肥力均质土壤的性状表现，导致品种适应域（adaptation domain）严重受限。这种学科割裂源于历史路径依赖（path dependence）、机构壁垒（institutional barriers）和表型组学技术（phenomics）局限性的三重制约。

传统认知将土壤物理性质视为静态背景参数，忽视其时空动态特征对作物生理的调控作用。研究证实：土壤结构退化通过多重途径影响作物表现：① 增加根系穿透阻力（penetration resistance）；② 破坏气水界面平衡（air-water interface）；③ 改变根际微生物组（rhizosphere microbiome）功能。特别值得关注的是，保护性农业（conservation agriculture）推广使全球12%耕地转向免耕模式，若该比例提升至50%，现有品种可能因土壤机械阻抗适应性不足导致显著减产。

本研究提出三级整合策略：

‌技术层面‌：

建立土壤物理梯度测试平台（含容重1.1-1.8 g/cm³区间模拟）

应用X射线断层扫描（X-ray computed tomography）解析根系构型（root architecture）响应

开发土壤适配指数（Soil Adaptation Index）量化基因型可塑性

‌制度层面‌：

修订品种认证规程，强制实施多土壤场景测试

建立跨学科联合育种网络（Sub-Saharan Africa试点优先）

‌理论层面‌：

重新定义"理想株型"（ideotype）内涵，纳入土壤物理互作维度

创制兼具穿透力（root penetration capacity）与资源效率的双优基因型

本研究通过多尺度证据链证实：忽视土壤物理动态的育种策略已构成粮食安全的潜在风险源。建议立即启动以下行动计划：