肥料不只是養分！化學肥料長期使用正悄悄摧毀土壤生態系

長期依賴化學肥料不僅改變土壤酸鹼值，更破壞微生物與蚯蚓等土壤生物的生態平衡，造成土壤結構惡化、養分循環失調，進一步影響植物健康與糧食安全。走向永續農業刻不容緩。

土壤不僅是植物生長的支撐介質，更是一個充滿活力的生態系統，其中棲息著極其多樣的微生物群落（包括細菌、真菌、古菌、原生生物等）和土壤動物（如蚯蚓、線蟲、節肢動物）1。這個複雜的生物網絡在維持地球上許多基本的生態系統功能方面發揮著至關重要的作用，包括關鍵養分的循環（如氮、磷、碳）、有機物質的分解、碳的固存、水的調節以及植物疾病的抑制 1。陸地生態系統的健康和生產力，包括農業系統，與其土壤的生物多樣性和功能息息相關，這突顯了理解可能擾亂這種微妙平衡的因素的重要性。

在 20 世紀，為了應對不斷增長的全球人口對糧食的需求，工業化農業得到了顯著發展，其核心是大量使用合成或化學肥料以最大化作物產量 4。典型的化學肥料主要由植物所需的三種主要巨量營養素組成：氮 (N)、磷 (P) 和鉀 (K)，通常以無機鹽的形式存在。它們也可能含有鈣、鎂和硫等次要營養素，以及某些微量營養素 4。短期而言，化學肥料已被證明能有效促進植物生長並提高作物產量，因為它們能立即為植物提供必需的營養 7。

然而，人們越來越關注長期依賴化學肥料對土壤本身及其更廣泛環境的潛在長期後果 4。越來越多的科學研究表明，長期且經常過量地使用化學肥料會對土壤複雜的生物、化學和物理特性產生不利影響，並可能損害其長期維持高產量的能力 4。

本報告旨在深入探討長期施用化學肥料對土壤生態系統的複雜影響，特別關注兩個關鍵組成部分：多樣化的有益土壤微生物群落和生態上重要的蚯蚓種群。我們將研究長期接觸化學肥料如何影響土壤微生物群落的結構、多樣性和功能，以及蚯蚓的豐度、生物量和行為。此外，本報告將探討這些變化如何導致對基本土壤功能（包括養分循環和土壤結構）產生連鎖反應，以及對植物健康和整體生態系統彈性的後續影響。最後，我們將討論這些影響的長期環境意義，例如土壤退化和生物多樣性喪失，並考慮這些發現對農業永續性和環境保護的意義。

• 整體微生物群落結構與多樣性的變化：
  長期施肥措施，包括化學肥料的使用，已被證明會在不同的農業生態系統中引起土壤化學性質及其棲息的微生物群落的顯著變化 20。使用高通量定序等先進分子技術進行的研究表明，長期施用化學肥料通常會導致土壤細菌群落的豐富度（不同物種的數量）和多樣性（物種分佈的均勻度）降低 18。然而，值得注意的是，化學肥料對整體微生物豐富度和多樣性的影響可能並非總是負面或具有統計學意義。一些研究表明，化學肥料主要影響特定細菌和真菌物種的豐度（種群大小），而不是顯著減少存在的不同微生物種類的總數 4。觀察到的個別微生物類群豐度的變化通常與長期施肥引起的關鍵土壤化學性質的變化有關。這些性質包括土壤 pH 值、碳氮比 (C/N) 以及各種養分的濃度 4。例如，一項為期 10 年的田間試驗表明，持續施用氮 (N) 肥主要通過引起土壤 pH 值的變化，顯著影響了大多數主要的土壤細菌物種 22。該研究觀察到，隨著不同氮肥施用量的變化，細菌操作分類單元 (OTU) 的數量出現不同程度的減少，過量施用氮肥導致 OTU 數量顯著下降。通常由化學氮肥施用促進的硝化作用（氨微生物氧化為亞硝酸鹽，然後為硝酸鹽）速率的增加，已發現與微生物群落豐富度和氨氧化細菌的特定結構的改變有關 22。有趣的是，雖然氮肥最初可以刺激硝化作用，但過量施肥最終會對負責該過程的硝化細菌的豐富度和活性產生不利影響 22。與單一養分施用相反，長期研究中，有機肥和化學肥 (CFM) 的混合施用顯示出對土壤肥力和微生物群落更積極的影響。與單獨施用化學肥 (CF) 或單一氮肥 (NF) 相比，CFM 處理顯著增加了細菌物種的豐富度和真菌的香農多樣性指數 20。此外，觀察到 CFM 處理增加了有益土壤細菌的相對豐度，同時降低了潛在病原細菌的相對豐度，表明土壤微生物群落更加平衡且可能更健康 21。研究還表明，長期單獨施用化學肥料會對土壤微生物群落產生強烈的選擇壓力，導致更高比例的專性微生物適應肥料造成的特定條件，以及更強的確定性生態過程的影響。這表明，與其他管理措施下的土壤相比，長期施用化學肥料的土壤中的微生物群落可能對環境變化更缺乏彈性 18。最後，探索減少化學肥料用量並添加有機肥料的研究發現，這種方法可以增加土壤細菌的豐富度和多樣性，同時反而降低真菌的豐富度和多樣性 10。這突顯了細菌和真菌群落對施肥制度改變的複雜且經常不同的反應。
• 對關鍵有益微生物的影響：

• 固氮菌：天然氮循環的破壞：
  固氮菌在將大氣中的氮轉化為植物可利用的形式方面發揮著至關重要的作用，但其健康和活性可能會受到傳統農業措施的負面影響，包括使用化學肥料和相關農藥 25。具體而言，有機氯農藥（過去廣泛使用且可能殘留在土壤中）已被證明會通過干擾豆科植物（如大豆和苜蓿）與根瘤菌之間重要的通訊信號（類黃酮信號傳導）來抑制固氮菌。根瘤菌在根瘤中形成共生關係以固定氮 25。這種天然固氮作用的抑制可能導致作物產量降低，並隨後更加依賴合成氮肥來彌補天然輸入的減少，從而形成有害的反饋迴路 25。此外，直接通過化學肥料添加過量氮也可能降低植物與固氮菌建立共生關係的需求，導致其活性受到抑制，並可能導致土壤中這些關鍵微生物的長期數量下降 27。當氮肥充足時，植物本質上變得「懶惰」，不太依賴自然過程。研究表明，與大氣中二氧化碳含量升高相比，氮肥對土壤固氮菌群落組成可能產生更顯著的影響，可能抑制這些關鍵微生物的多樣性和總體豐度 28。雖然一些研究表明，與有機肥料相比，傳統肥料的初步施用可能導致固氮活性暫時增加（可能由於某些化學配方中磷含量較高），但從長遠來看，通過關注建立整體土壤健康和提供更平衡的養分環境，有機改良劑通常更能支持固氮菌的健康和活性 29。高施用量的氮肥也可能抑制土壤硝化作用的過程並改變氨化作用（有機氮微生物轉化為氨）的速率，進一步擾亂土壤生態系統中氮的自然循環 30。
• 溶磷菌：磷有效性的改變：
  磷是植物生長必需的養分，而溶磷菌 (PSB) 在使土壤中不可利用形式的磷成為植物可吸收的形式方面發揮著至關重要的作用 31。有趣的是，化學肥料（特別是含磷的肥料）的施用最初可能會增加土壤中溶磷菌的數量 31。這可能是由於磷有效性的增加而引起的短期反應，可能刺激了能夠利用不同磷形式的細菌的生長。然而，一些研究表明，長期過量使用化學肥料可能導致土壤微生物的總體密度和結構多樣性降低，這最終可能對溶磷菌的數量及其長期活性產生負面影響 32。與化學磷肥潛在的長期負面影響相反，通過接種溶磷微生物 (PSM) 來利用微生物溶磷作用正被探索為一種可持續的農業策略，以在不造成與過量使用化學肥料相關的環境缺點的情況下提高磷的有效性 33。溶磷微生物利用多種生化機制，包括分泌有機酸和產生特定酶，將土壤中不溶形式的磷轉化為植物容易吸收的可溶形式 33。過量施用傳統磷肥可能導致水污染和富營養化等環境問題，這進一步突顯了對替代方法的需求，例如利用土壤微生物的天然溶磷能力 33。除了在溶解磷方面的作用外，許多溶磷菌還表現出其他有益特性，例如增強其他必需養分的吸收和作為植物病原體的生物防治劑，使其成為健康土壤生態系統的重要組成部分 33。研究表明，與僅使用化學肥料相比，將溶磷菌與減少的化學肥料用量結合使用可以提高作物產量，這表明存在潛在的協同效應和更有效管理農業中磷的途徑 6。
• 菌根真菌：共生關係的損害：
  叢枝菌根真菌 (AMF) 與大多數陸地植物的根形成重要的共生關係，顯著增強它們從土壤中吸收必需養分（尤其是磷）的能力。這些真菌越來越被認為是健康和高產農業生態系統的重要組成部分 37。然而，過量使用化學肥料，尤其是含高磷的肥料，可能會破壞這種互惠互利的關係。當植物可以從合成肥料中獲得容易獲得的磷時，它們通常會減少對與叢枝菌根真菌共生關係的投入，導致根部的菌根定殖減少 38。大量研究表明，長期施用化學肥料會對土壤中的叢枝菌根真菌群落產生負面影響，導致其孢子密度（真菌的繁殖單位）、物種豐富度（存在的不同類型叢枝菌根真菌的數量）和總體多樣性降低，以及叢枝菌根真菌群落結構的改變 39。與有機改良劑較慢且更持續的養分釋放相比，化學肥料的快速養分釋放也被認為會抑制叢枝菌根真菌的活性，因為植物對真菌協助獲取養分的需求減少了 39。有趣的是，研究表明，叢枝菌根真菌接種（將有益的叢枝菌根真菌引入土壤）可能是減少農業中過量使用肥料的有效策略。接種的植物通常表現出增強的養分吸收，並且在顯著降低化學肥料施用量的情況下（特別是在以減少的速率補充磷時）可以維持甚至提高作物產量 37。與大量使用化學肥料的傳統農業系統相比，通常較少依賴合成肥料並經常摻入有機改良劑的有機農業系統通常會促進叢枝菌根真菌菌絲體（土壤中真菌絲的網絡）的增殖 39。此外，農業中常用的一些化學投入品，例如廣譜殺菌劑（可能在殺死病原真菌的同時殺死有益真菌）和含有高濃度重金屬（如銅或鋅）的產品，也可能對菌根真菌產生直接的負面影響，進一步損害它們使植物受益的能力 38。叢枝菌根真菌在土壤中形成的廣泛的菌絲網絡有效地將植物根部吸收養分的表面積增加了幾個數量級，在運輸不僅是磷而且是其他必需養分（如氮和鉀）方面發揮著至關重要的作用，突顯了它們對植物整體營養和健康的重要性 41。

• 對蚯蚓豐度和生物量的影響：
  蚯蚓被廣泛認為是土壤中的「生態系統工程師」，在土壤通氣、排水、養分循環和有機物分解方面發揮著關鍵作用。然而，它們的種群和健康會受到農業措施的顯著影響，包括化學肥料的使用 42。有趣的是，一些研究表明，無機氮肥最初可能會導致農業田地中蚯蚓數量增加。這通常歸因於肥料施用後植物生長增強導致的作物殘留物產量增加，前提是土壤 pH 值保持在蚯蚓通常偏好的接近中性的水平 44。然而，某些類型的氮肥，如硫酸銨和無水氨，已被發現對蚯蚓種群產生負面影響。這很可能是因為它們傾向於降低土壤 pH 值，創造一個不太適合蚯蚓生存和繁殖的更酸性的環境 44。研究特別表明，礦物硫酸銨和包硫脲會顯著降低土壤中蚯蚓的數量和生物量（總重量），同時也會降低土壤 pH 值 45。化學施肥對蚯蚓豐度和生物量的總體影響並非一致，並且可能因多種因素而顯著變化，包括所用肥料的具體類型、施用量、土壤的固有特性（例如，質地、有機質含量）以及生態系統中存在的特定蚯蚓種類 45。高施用量的肥料（如尿素）可能導致土壤中銨濃度升高，這可能對作為蚯蚓食物來源的細菌和其他土壤微生物產生毒性，從而間接影響其種群 48。此外，磷 (P) 和鉀 (K) 肥已被證明可能降低土壤細菌的底物誘導呼吸作用，這也可能對蚯蚓的食物有效性產生間接的負面後果 48。此外，過量使用化學肥料可能會破壞土壤微生物群落的結構和多樣性，而土壤微生物群落是蚯蚓飲食的重要組成部分，這可能會降低其食物質量或有效性 49。
• 蚯蚓行為和生理的變化：
  除了對種群數量的影響外，化學肥料還可能對蚯蚓的行為和生理功能產生顯著的改變 42。尿素是一種常用的氮肥，已被證明會導致蚯蚓的高死亡率，即使在土壤中濃度相對較低的情況下也是如此。它還可能對其繁殖能力產生負面影響，導致後代數量減少 50。直接接觸無機礦物肥料，包括尿素、氯化鉀 (MOP)，甚至在高濃度下的一水過磷酸鈣 (SSP)，可能對蚯蚓有毒，導致死亡和其他不良影響 33。已發現硫酸銨肥料會抑制蚯蚓的生長，導致它們體重減輕，並引起一系列形態學改變，包括環帶腫脹、身體收縮，甚至斷裂。組織病理學檢查顯示其肌肉組織、消化系統和循環系統嚴重受損 52。蚯蚓可能對土壤中某些化學肥料的高濃度表現出迴避行為。例如，人們觀察到它們會更深地鑽入土壤以避免接觸尿素，這表明它們積極努力避免不利條件 51。一些研究表明，「直效」肥料（僅含一種養分）可能比「複合」肥料（含多種養分）對蚯蚓更有害，這可能是由於直效肥料中單一潛在有毒化合物的濃度較高 33。

蚯蚓和土壤微生物之間存在複雜且經常互惠互利的相互作用，這對於維持土壤健康和肥力至關重要 2。微生物在分解有機物方面發揮著關鍵作用，而有機物是許多蚯蚓種類的主要食物來源。反過來，蚯蚓通過其攝食活動、腸道中的消化過程以及通過其鑽洞和排泄物（糞便）在土壤中引起的物理和化學變化來影響微生物群落。研究表明，土壤中蚯蚓的存在可以通過增強土壤微生物群落（包括細菌、真菌和原生生物）複雜網絡內的聯繫和相互作用來促進作物生長 55。這表明存在一種協同關係，其中蚯蚓促進了有益於植物生長的微生物活性。然而，化學肥料的施用會顯著改變這些土壤微生物群落的結構和組成（如第 2 節所述），這反過來可能會擾亂它們與蚯蚓之間微妙的平衡 55。例如，由於施肥導致某些細菌或真菌類群的豐度發生變化，可能會影響蚯蚓的食物有效性或質量。比較不同施肥方式的研究發現，與使用化學肥料相比，有機肥的施用通常會導致更複雜和相互關聯的土壤微生物群落網絡的發展 55。這表明有機改良劑可能為微生物和蚯蚓之間有益的相互作用提供更有利於繁榮的環境。有趣的是，研究表明，蚯蚓對植物生長的積極影響很大程度上取決於土壤微生物的存在和活性，尤其是在不同的施肥條件下 56。這突顯了這兩個群體之間的相互關聯，並表明化學肥料引起的微生物群落的破壞可能會間接削弱蚯蚓為植物提供的益處。過量施用氮肥已被證明會對土壤的物理化學性質產生負面影響並擾亂微生物群落，這可能會通過改變蚯蚓的棲息地和食物來源來影響蚯蚓種群 49。相反，在減少化學肥料用量的情況下，蚯蚓與有機物（如牛糞）的混合施用已被發現可以協同地改變微生物群落結構，從而增強土壤肥力並促進植物生長 49。這表明，整合有機改良劑有助於減輕化學肥料對微生物與蚯蚓相互作用的一些負面影響。此外，研究表明，氮肥可以直接改變蚯蚓對土壤物理化學性質和細菌群落結構的影響，表明這些因素之間存在複雜的相互作用 57。

• 養分循環的破壞：
  長期施用化學肥料會導致土壤生態系統中必需養分有效性的顯著失衡 8。雖然這些肥料為植物提供了特定養分的集中來源，但其持續使用可能會擾亂調節其他重要元素循環的自然過程。例如，過量施用氮肥會導致土壤中氮、磷和鉀的比例失衡，從而可能導致植物最佳生長和發育所需的其他必需養分缺乏 14。化學肥料還可以直接影響土壤養分循環和有機物質的微生物分解，而有機物質是植物緩慢釋放養分的關鍵來源 1。這些肥料會改變參與養分轉化的微生物的活性和豐度，從而可能導致整體循環過程中的效率低下。此外，化學肥料會減少氨氧化細菌的數量，而氨氧化細菌對於硝化作用過程（將氨轉化為植物容易吸收的硝酸鹽形式）至關重要，並且還會影響反硝化作用（將硝酸鹽轉化回大氣氮），從而擾亂自然氮循環 1。化學施肥後植物對磷的有效性可能受到多種因素的限制，包括將可溶性磷轉化為不溶性形式的沉澱反應，或通過與土壤顆粒結合而固定，尤其是在鈣、鎂、鐵或鋁含量高的土壤中 4。這意味著即使施用了高磷肥，從長遠來看，植物也可能無法獲得足夠量的這種關鍵養分。研究還表明，氯化鉀 (KCl) 是一種常見的鉀肥，可能並不總是導致作物產量增加，甚至可能對整體土壤生態系統產生不利影響 4。相反，有機肥料傾向於更緩慢地將養分釋放到土壤中，模仿自然的分解過程，並有助於維持植物長期生長所需的更平衡和持續的養分供應 4。
• 土壤結構的惡化：
  長期過量使用化學肥料會對土壤的物理結構產生負面影響，而土壤的物理結構對於通過影響水分滲透、通氣和根系穿透來支持植物生長至關重要 58。這些肥料由礦物鹽組成，會擾亂土壤顆粒的自然團聚，而土壤顆粒的自然團聚對於形成穩定且多孔的土壤結構至關重要 58。隨著時間的推移，這些鹽的積累，尤其是在過量施用的情況下，可能導致土壤壓實、地表結皮增加以及土壤剖面內水分滲透和保持能力降低 14。這最終會增加土壤侵蝕和養分流失的風險。此外，長期施用化學肥料會改變土壤 pH 值，使其過酸或過鹼，這會通過影響土壤微生物的活性和土壤團聚體的穩定性而對土壤結構產生不利影響 14。例如，一些氮肥會導致土壤酸化。長期使用化學肥料導致的土壤酸化和結皮問題也會導致土壤有機質含量的減少，而土壤有機質是維持良好土壤結構和整體土壤健康的重要組成部分 9。蚯蚓是土壤的天然「耕耘者」，通過其鑽洞和排泄活動在改善土壤結構和耕性方面發揮著重要作用，但它們會受到化學肥料的負面影響（如第 3 節所述），從而進一步加劇土壤結構的惡化 3。相反，有機肥料通過向土壤添加有機質，有助於改善土壤結構，增加保水能力並提高整體土壤耕性 4。
• 對植物健康和抗逆性的影響：
  雖然化學肥料最初可以促進植物快速生長並提高作物產量，但其長期使用可能會對植物的整體健康和抗逆性產生負面影響 9。長期化學施肥引起的土壤養分失衡會使植物更容易受到病蟲害的侵襲，可能需要增加農藥的使用 9。過量施用氮肥會導致植物快速、過於茂盛的營養生長，但這可能會以犧牲適當的根系發育、開花和結果為代價，最終降低植物的整體健康和產量質量 7。有益土壤微生物（如菌根真菌）的破壞會損害養分吸收（尤其是磷和微量元素），並削弱植物對各種脅迫（乾旱、鹽度、病原體）的耐受性，當這些共生關係因長期使用化學肥料而受到損害時，會顯著損害植物健康和抗逆性 37。此外，植物組織中積累潛在有毒物質（例如某些化學肥料中可能存在的重金屬雜質）可能會對植物健康以及食用這些植物的動物和人類的健康構成風險 7。相反，有機肥料通過提供更平衡和緩慢釋放的養分，並支持多樣化和健康的土壤微生物群落，有助於生長出通常更健康、更能抵抗環境脅迫且不易受到病蟲害侵襲的植物 4。

長期且經常過量地使用化學肥料已與廣泛的有害環境影響相關聯，這些影響不僅限於農田本身 7。這些影響包括土壤鹽鹼化、土壤中重金屬的積累、水體富營養化、地下水中硝酸鹽的積累、溫室氣體的排放增加以及有害物質通過食物鏈潛在的生物放大作用。正如前幾節所討論的那樣，長期使用化學肥料會導致整體土壤肥力顯著下降並造成嚴重的土壤退化問題，影響其支持植物生長和其他基本生態系統功能的能力 5。土壤微生物多樣性的喪失，特別是由於長期單獨施用化學肥料所致，是一個令人擔憂的重大問題，因為這些多樣化的微生物群落在支持各種基本生態系統服務（包括有機物分解、養分循環和植物初級生產）方面發揮著至關重要的作用。這種生物多樣性的減少會對土壤有效執行這些功能的能力產生負面影響，並可能使生態系統對環境變化的彈性降低 18。來自化學肥料的過量養分（尤其是氮和磷）會滲入地下水或從農田徑流到附近的水體，導致嚴重的水污染。這種過量的養分會引發富營養化，這是一個過度藻類生長的過程，會消耗水中的氧氣，形成對水生生物有害的「死亡區」 4。特別是氮肥，會在土壤中硝化和反硝化過程中釋放一氧化二氮 (N₂O)，這是一種比二氧化碳具有高得多的全球變暖潛力的強效溫室氣體 4。化學肥料的使用還可能導致重金屬的積累，這些重金屬可能作為生產這些肥料所用原料中的污染物存在，並積累在土壤和植物系統中。然後，這些重金屬可能會進入食物鏈，對人類和動物的健康構成潛在風險 1。長期使用化學肥料引起的土壤退化，包括有機質的喪失和結構的惡化，會增加土壤對乾旱和風蝕水蝕的敏感性，進一步加劇環境問題 12。最後，由於長期化學肥料的影響，包括有益微生物和蚯蚓種群在內的土壤生物多樣性的破壞和減少，會削弱土壤生態系統的整體彈性和功能能力，使其更難適應環境壓力並提供基本的生態系統服務 5。

正如前幾節詳細闡述的那樣，長期施用化學肥料對土壤微生物群落和蚯蚓種群產生複雜且經常是負面的影響。化學肥料可以直接改變土壤化學性質，有利於某些微生物群體的生長，同時抑制其他微生物群體的生長，並且在某些濃度或長期暴露下可能直接對蚯蚓產生毒性。間接而言，由於施肥導致植物生物量的變化最初可能使蚯蚓受益，但隨後的土壤退化和微生物群落（主要食物來源）的破壞可能產生負面後果。這些影響的相互關聯至關重要。改變的微生物群落會影響植物和蚯蚓的養分有效性，而蚯蚓種群的減少會降低土壤通氣性、水分滲透性和有機物分解，進一步影響微生物的活性和多樣性。長期施用化學肥料經常會破壞這些微妙的平衡，導致土壤生態系統的功能和彈性降低。

土壤 pH 值是調節化學肥料對土壤生物影響的關鍵因素。特別是氮肥，長期使用會酸化土壤。這種 pH 值的降低會直接損害蚯蚓，因為蚯蚓通常偏好中性至微鹼性的條件。此外，土壤 pH 值顯著影響養分的有效性和微生物群落的組成和活性。酸性條件可能有利於某些類型的真菌，同時抑制許多有益細菌，包括固氮菌。

化學肥料和有機肥料之間的一個主要區別在於它們對土壤有機質的影響。化學肥料主要提供無機養分，並不會增加土壤的有機質含量。事實上，一些研究表明，長期使用化學肥料甚至可能導致土壤有機質的減少。另一方面，有機質對於支持多樣化和豐富的土壤生物至關重要。它為微生物提供能量和養分來源，改善土壤結構，增強保水能力，並有助於養分循環。由於依賴化學肥料而導致有機質的消耗可能會加劇本報告中討論的許多負面影響。

長期施用化學肥料的各種影響——包括微生物群落的轉變、蚯蚓種群的減少、養分循環的失衡、土壤結構的惡化以及植物健康的下降——都可以歸類為整體土壤健康狀況的惡化。雖然化學肥料可以在短期內提高作物產量，但它們通常是以犧牲土壤長期可持續功能和在沒有持續大量合成肥料投入的情況下支持健康植物生長的能力為代價的。這種退化可能導致惡性循環，因為隨著土壤自然肥力的下降，需要越來越多的肥料才能維持產量。

長期施用化學肥料已被證明對土壤微生物群落產生顯著且經常是負面的影響，導致結構、多樣性和功能的轉變，特別影響固氮菌和菌根真菌等有益類群。蚯蚓的種群數量、生物量和行為也受到長期暴露於某些化學肥料（尤其是那些酸化土壤或直接具有毒性的肥料）的不利影響。這些對土壤生物的影響會擾亂微生物和蚯蚓之間微妙的相互作用平衡，而這些相互作用對於維持土壤健康至關重要。這些變化的連鎖反應包括基本養分循環過程的破壞、土壤結構的惡化以及對植物健康和抗逆性的負面影響，通常導致植物更容易受到病蟲害的侵襲。最終，長期廣泛使用化學肥料會導致嚴重的環境問題，包括土壤退化、水和空氣污染以及生物多樣性的喪失，從而威脅農業系統的可持續性和地球的健康。

長期使用化學肥料導致的土壤健康狀況惡化對全球農業系統的長期生產力和彈性構成了嚴重威脅。隨著土壤失去其天然肥力和支持健康植物生長的能力，農民越來越依賴更高劑量的合成肥料，從而形成潛在的不可持續的循環。為了減輕這些負面影響並促進農業的可持續性，必須轉向綜合養分管理策略。這包括減少和更明智地使用化學肥料，並結合使用有機改良劑，例如糞便、堆肥和覆蓋作物，這些改良劑有助於改善土壤結構、增加有機質含量並支持更多樣化和功能性的土壤生物群落。應鼓勵採用能夠增強土壤有機質的措施，例如免耕或減少耕作的耕作方式、豆科作物的輪作和綠肥的使用，以改善整體土壤健康並減少對高水平合成肥料投入的需求。探索和採用生物肥料，利用有益的土壤微生物，如固氮菌、溶磷微生物和菌根真菌，可以為植物營養提供更環保的方法，並減少對化學肥料的依賴。負責任地和有針對性地使用農藥對於最大限度地減少對蚯蚓和非目標微生物等有益土壤生物的危害至關重要。定期監測關鍵土壤健康指標，如微生物多樣性、蚯蚓種群數量、有機質含量和土壤結構，對於評估農業措施的長期影響和指導更可持續管理策略的採用至關重要。長期化學肥料使用對環境造成的更廣泛的後果，包括水和空氣污染以及生物多樣性的喪失，需要共同努力，以採取更可持續的農業措施，最大限度地減少這些負面影響，並為今世後代促進環境管理。

總之，轉向優先考慮土壤健康的農業系統，減少對化學肥料的依賴，並更多地採用生態原則，對於確保長期糧食安全和環境健康至關重要。通過培育健康且富有彈性的土壤生態系統，我們可以創造更可持續和對環境負責的農業實踐，造福人類和地球。

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