土壤质量——重要的评论

作者：张思澄

转载自土壤健康与耕地可持续利用公号（2021年9月22日）

土壤健康与耕地可持续利用

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公众号

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分享论文信息

原名：Soil quality ——A critical review

译名：土壤质量——重要的评论 

原文地址：

https:///10.1016/j.soilbio.2018.01.030

发表期刊：Soil Biology and Biochemistry

发表年份：2018年

通讯作者：XiangqinWang

通讯作者单位：Research Institute of Organic Agriculture FiBL

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亮点

1、文章根据定义评估审查土壤质量和相关概念。

2、最常见的指标是有机物、pH、有效磷和持水量。

3、生物/生化指标代表性不足，但潜力巨大。

4、土壤质量评估应具体说明目标土壤威胁、功能和生态系统服务。

5、必须与目标用户一起开发越来越多的交互式评估工具。

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文章简介

       对土壤进行取样和分析或目视检查以评估其状态和使用潜力在从地块到全国范围内广泛实施。然而，相关土壤属性的选择和测量的解释并不简单，因为土壤的复杂性和地点特异性、先前土地利用的遗留影响以及生态系统服务之间的权衡。在这里，文章回顾土壤质量和相关概念，包括定义、评估方法以及指标选择和解释。确定了农业用地使用中最常用的土壤质量指标。研究发现，很少实施针对特定土壤威胁、土壤功能和生态系统服务的土壤质量的明确评估，并且很少有方法提供对测量指标值的明确解释方案。这限制了土地管理者和政策对它们的采用，文章中还考虑了解决当前被忽视但重要的土壤特性和过程的新指标，并列出了开发科学合理的土壤质量评估程序的关键步骤，并支持考虑到多功能性的管理和政策决策的土壤。这需要相关参与者、利益相关者和最终用户的参与程度比迄今为止的实践要大得多。

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研究过程

       在加拿大评估和监测土壤质量的计划中，土壤质量一词与土壤健康可互换使用，尽管它出现的背景更广泛，但主要从农业观点是“土壤适合支持作物生长而不退化或以其他方式危害环境”。土壤健康一词源于对土壤质量通过作物质量影响动物和人类健康的观察。事实上，与植物健康的联系很常见，就像抑制疾病的土壤一样。土壤健康也可以通过与生物体或社区的健康进行类比来说明。

       Karlen等人观察到的土地质量和土壤质量之间的差异，以及Pankhurst等人观察到的土壤质量和土壤健康之间的关系，可以概括为关注重点从土地质量到土壤质量和土壤健康从固有到动态土壤特性的转变。土壤健康，也称为土壤质量，被定义为土壤作为维持植物、动物，和人类。得出结论，土壤质量和土壤健康之间的区别从原则问题发展为偏好问题，因此认为这两个术语是等效的。通过明确地将土壤生物群/生物多样性和相关的土壤功能和基于土壤的生态系统服务包含在图来进一步表达这一点。

       由于土壤质量在面对土壤威胁的决策中发挥作用，因此DPSIR（驱动力-压力-状态-影响-响应）框架经常被用于欧盟政策以支持决策并作为弥合科学政策差距的一种手段。将DPSIR框架应用于土壤，“驱动因素”是土壤气候条件和土地利用政策，而“压力”是土地利用和管理以及相关的土壤威胁。压力和驱动因素及其可变性和相互作用决定了土壤的“状态”，随后对土壤和生态系统功能产生“影响”，以及生态系统产品和服务交付方面的“响应”。随后的适应性管理可能对观察到的土壤功能恶化做出反应，或者主动过渡到新期望的土壤功能。

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研究结果

 新型土壤质量指标：

       土壤生物在土壤功能中起着核心作用。因此，添加生物和生化指标可以大大改善土壤质量评估。此外，需要对土壤质量的生物指标进行评估，以将非生物土壤特性与土壤功能在生化和生物物理转化以及（潜在）地上植被性能方面联系起来。尽管如此，土壤生物指标在土壤质量评估中的代表性仍然不足，并且主要限于黑盒测量，例如微生物生物量和土壤呼吸。尽管具有明显的潜力，但更具体的指标，例如基于线虫、（微型）节肢动物或一组土壤生物群的指标很少，可能是因为它们需要特定的知识和技能。这种情况是不幸的，因为土壤生物群被认为是土壤质量最敏感的指标，因为它们对环境条件的变化反应灵敏。特别是，迫切需要土壤传播疾病的指标。在这种情况下，土壤抑制性，定义为土壤自然减少植物病害发生率的特性，是令人感兴趣的。

       一些土壤非生物和生物参数被认为是抑制作用的基础，例如土壤pH值、特定的阳离子（如镁和钾）、土壤全氮含量、微生物生物量和活性、微生物群落的多样性和结构以及土壤中的特定微生物分类群。

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研究结论

       研究的审查揭示了土壤质量评估在目标、工具和方法以及总体方法方面如何随时间变化。将在土壤质量评估中采取许多步骤，在过去三年中开发的大量方法中，其中的要素在非常不同的程度上得到解决，并在本文中进行了回顾。初步开始是对目标的明确定义，即土壤评估是作为管理建议的基础，被视为教育工具，还是作为监测计划的一部分。同样，目标用户应该从一开始就被命名和参与，以增加对已开发评估方法的采用。地平线2020项目LANDMARK采用了这种方法，其中土壤功能和指标的评估首先通过利益相关者研讨会得出。基于利益相关者的评估的应用需要针对不同知识的不同工具。例如，视觉土壤评估工具针对农民，用于了解田间土壤结构的状态，而关于生产力的更详细知识需要实验室测量，例如康奈尔大学土壤健康评估中提供给农民的和最近开发的基于光谱方法的商业土壤测试服务。

      土壤质量指标的选择需要基于指标与土壤功能或生态系统服务之间的机械联系，这些联系有时被提出，但很少通过实验验证。目标土壤功能的明确定义将决定要评估的土壤深度，因为一些土壤功能主要与表层土有关，而另一些则与整个土壤剖面有关。新型土壤质量框架的一项资产是可以根据目标土壤威胁、土壤功能和生态系统服务来选择指标，这被认为是可能的，使用逻辑筛法。

       从概念上讲，土壤威胁、功能和生态系统服务都是相互关联的，如果认识到目标土壤功能或生态系统服务以及相关指标的选择与尺度相关。（多）功能应该清楚地整合到未来土壤质量的方法中，例如在 LANDMARK 项目中应用的功能性土地管理。

        总体土壤质量指数通常是需要的，但实际上意义不大，因为最好根据特定的土壤功能评估土壤质量。在与利益相关者、目标用户和公众进行沟通时，与其计算整体指数，不如以图形方式展示给定土壤如何发挥其各种功能。在实践中，根据“利益相关者”所面临的一系列土壤威胁和生态系统服务，将使用不同的土壤质量指标，并具有不同的权重。未来的土壤质量评估和监测可以受益于最新的技术发展，例如移动数据捕获，包括照片和大数据方法，它们都用于拟议的LandPKS工具，以及高通量土壤分析方法，例如视觉和近红外光谱。未来的工具有望实现真正的互动，例如欧盟 iSQAPER 项目中正在开发的土壤质量评估工具。最后，只有在包含管理或政策建议的情况下，土壤质量评估才能有效地改善我们的土壤状况。