土壤健康的内涵

土壤健康的内涵随着人们对土壤的认识越来越深刻，土壤肥力、耕地地力、耕地质量、土壤质量、耕地健康、土壤健康、土壤安全等术语不断出现。FAO
对土壤肥力的定义为：在没有可能抑制植物生长的有毒物质存在的前提下，土壤能持续为植物生长供应水分和养分的能力。土壤肥力更侧重于对
土壤化学和部分物理特性的描述[7]。土壤质量的研究始于20世纪70年代，它是指土壤作为重要的生命系统行使各种功能的能力，以及
在生态系统水平和土地利用的边界范围内，维持生产植物性和动物性产品的能力，维持或改善水和大气质量的能力，促进植物和动物健康的能力[8
]。“土壤健康”一词最早是由植物保护学界针对影响植物健康的土壤状况而提出的。土壤健康是指在生态系统和土地利用的范围内，土壤能持续作
为有生命的系统维持生物生产力，保持空气和水环境质量，促进植物、动物和人类健康的能力[9]。从定义可以看出，两者基本同义。土壤健康强
调了土壤的生命力、生态属性、社会属性等，以及其对生态环境安全、食物健康、人体健康的能力，是全球Onehealth的一个重要
内容。《耕地质量等级》（GB/T33469—2016）[10]和《耕地地力调查与质量评价技术规程》（NYT1634—2008
）对耕地、耕地地力、耕地质量和耕地健康等术语具有明确的定义[10-11]。耕地是指用于种植粮食作物、蔬菜和其他经济作物的土地；耕地
地力是指在当前管理水平下，由土壤立地条件、自然属性等相关要素构成的耕地生产能力；耕地质量是指耕地满足作物生长和清洁生产的程度，包括
耕地地力和耕地环境质量（土壤重金属污染、农药残留与灌溉水质量等）；耕地健康是指土壤作为一个动态生命系统具有维持其功能的持续能力，
用清洁程度、生物多样性表示。由此可见，耕地地力侧重于强调土壤的生产力，即作物的产量或生物量。耕地质量和耕地健康更关注耕地土壤的清洁
程度，但范围相对比较窄。而土壤健康侧重于土壤发挥土壤功能和提供生态系统服务功能的能力，涉及范围更广。在整个生态系统中，耕地健康是土
壤健康的子集，而耕地健康的核心内容是土壤健康。土壤安全是在2012年提出的，它涉及的范围更加广泛，包括土壤健康，其经常在政策范
围内使用，涵盖了土壤管理的人类文化、资本和法律方面[12]。由此可见，与土壤健康相关的几个概念既有区别也有联系，土壤肥力/耕地地
力是土壤健康的核心，耕地质量/耕地健康是土壤健康的重要组成部分，土壤质量与土壤健康两者侧重点有所不同但目标类似，土壤安全是土壤健康
的外延。从研究尺度看，土壤肥力/耕地地力侧重于田块尺度，耕地质量/土壤质量/土壤健康侧重于区域（县、省、国家）尺度，而土壤安全侧重
于全球尺度[12]。目前，公众、研究者、决策者、使用者等广泛接受土壤健康的概念，土壤健康一词将会越来越多的应用到研究、宣传和政策文
件中。土壤健康评价的物理和化学指标当前国内外在进行土壤健康评价时常选择土壤物理和化学指标，尤以化学指标应用最为广泛，而生物学指
标较少[7，16-17]。在我国使用频率超过50%的土壤属性指标主要包括有机质、速效钾、有效磷、pH、全氮、质地和土层厚度[16
]。例如，在柑橘园采用MDS进行土壤健康评价时，选择的土壤属性指标包括有机质、粉粒、有效硼和速效钾[18]。在新疆克里雅河流进
行不同土地利用方式的评价时，选择的评价指标为总含盐量、全氮、pH和土壤含水量[19]。国际上对土壤健康进行评价时，土壤有机质、p
H和有效磷使用频率超过60%；土壤蓄水能力、容重和土壤质地使用频率超过30%；而对土壤呼吸、微生物生物量、氮矿化能力、蚯蚓等
生物学指标使用频率在30%以下[7]。Armenise等[20]针对地中海地区不同管理方式对土壤健康影响的研究中，选择了1
8个物理和化学指标，主要包括黏粒、砂粒、含水量、土壤有效水、S指数（反映土壤物理特性的综合指数）、土粒密度、有机质、全氮、水可
提取氮、水可提取有机碳、pH、电导率、有效磷、速效钾、交换性钙、交换性镁等。Askari和Holden[21]采用MDS对土
壤健康进行评价时，筛选的土壤属性指标包括有机碳、C/N和土壤容重；Raiesi[22]评价了土地利用方式转变对土壤健康的影响，选
择的指标为土壤有机碳、电导率和芳基硫酸酯酶活性。近期联合国粮农组织召集全球科学家讨论，提出在评价土壤可持续管理（Sustainab
leSoilManagement，SMM）时选用的基本指标为土壤生产力（产量/干物重）、土壤有机碳含量、土壤容重和土壤呼吸速率
[23]，各个国家可以根据区域特点增加其他的指标。2.2土壤健康评价的生物学指标在评价土壤健康时，生物学指标使用频率相对较低
，其未被广泛采用的可能原因：一方面土壤生物与土壤功能、土壤管理直接关联的研究还比较缺乏；另一方面，土壤微生物呈现时空动态变化，难
以形成稳定的关系图[12]。近年来，国内外学者对生物学指标的选择开展了大量的研究工作，其中一些指标，包括土壤微生物、微食物网、蚯蚓
数量、微生物生物量碳氮、土壤呼吸、活性碳、β-葡萄糖苷酶活性和土壤蛋白含量，可用作评价土壤健康状况[24-26]。土壤微生物生物量
碳、可浸提有机碳、基础呼吸、诱导呼吸等指标可以反映土壤的生物活性，但在评价时采用衍生熵值指标，如微生物熵更能反映土壤过程或土壤健康
的变化[27]。同时，根据评估对象选择不同的生物学指标，农田土壤健康评价时可采用蚯蚓丰度和有机碳氮组分等；对非农用地开展评价时，应
增加土壤病原菌、寄生虫、生物多样性、有毒化合物等与人体健康密切相关的指标[12]。土壤微生物在维持土壤功能方面起着重要作用。随着
生物技术的快速发展，需要充分挖掘土壤微生物多样性和群落结构等指标在评价土壤健康方面的潜力[28-30]。尽管土壤微生物的潜力很大，
但微生物群落结构被广泛采用需要满足以下标准：（1）微生物测定费用低、检测速度快、测定质量高；（2）微生物群落在时间上的变幅不能过大
；（3）微生物群落结构的变化能较好反映土壤环境的变化[6]。除了微生物群落结构外，一些特定的微生物种类及其代谢产物，如丛枝菌根真菌
（Arbuscularmycorrhizalfungi，AMF）和球囊霉素、菌根共生体特定关键基因及土壤病原菌的定量均可作为衡
量土壤健康的生物学指标[29，31]。土壤动物在土壤食物网中扮演重要的角色。Bongiorno[32]认为土壤线虫指数是区分土壤管
理措施的重要指标。线虫作为土壤健康的指示生物在农田、森林、草原及其他生态系统中被广泛应用[33-34]。当前宏基因组、宏转录组、宏
蛋白组、宏代谢组等多组学手段正在快速发展，其在土壤健康评价上存在极大的潜力。（土壤健康）评价方法我国主要区域耕地质量的评估采用耕
地地力综合指数[53-57]。在评价耕地质量时，建立了包括气候条件、立地条件、剖面性状、土壤理化性状、土壤养分、障碍因素和土壤管理
等7个类别的63个评价指标（表1）。在不同区域，针对主要作物对耕地质量的要求，采用系统聚类方法、DELPHI法等方法，
并组织相关区域专家召开专题研讨会，通过定量与定性相结合的方法，确定该区域耕地质量评价指标。对于确定的评价指标，采用DELPHI
法与层次分析法（AnalyticalHierarchicalProcess，AHP）相结合确定各个评价指标的权重。在具体评价时
，首先采用DELPHI法由专家对评价指标进行赋值，然后再利用AHP计算各指标的权重。在指标权重确定后，明确定性指标的隶属度
和定量指标的隶属函数是评价过程最关键的环节。对于定性指标，通过DELPHI法直接确定隶属度；对于定量指标，需要在正直线型、负直线
型、戒上型、戒下型、峰型五种函数类型中确定对应的函数类型，依据测定值和专家打分进行函数拟合，得到隶属函数。如土壤pH隶属函数为
峰型，有机质和耕层含盐量分别为戒上型和戒下型。确定了各评价指标的隶属度或隶属函数后计算各评价单元分值，得出耕地质量综合指数。最后不
同区域把耕地质量综合指数划分为6～10个等级，一般情况下耕地质量越高则作物产量越高。我国耕地质量（土壤健康）评价充分综合了自然
条件、土壤条件、土壤管理等多因素，涵盖了多种评价指标，比较全面地反映了土壤健康状况。该方法常用于评价区域（省或国家）土壤健康状况，
对指导区域作物生产具有重要意义。但该评价指标没有考虑土壤生物学指标，重点关注耕地质量等级与作物产量关系。土壤健康指标体系与评价方法
研究进展原创?张江周?土壤学报?2022-05-1210:32?发表于江苏作者：张江周，李奕赞，李颖，张俊伶，张福锁单位：中国
农业大学资源与环境学院/国家农业绿色发展研究院；大自然保护协会北京代表处卷期：《土壤学报》2022年第59卷第3期土壤是人类赖以生
存和农业绿色发展的基础，人类95%以上的食物来自土壤。据联合国粮农组织（FAO）统计显示，全球三分之一的耕地发生了退化，对作物减产
影响高达50%；全球20亿人患有微量元素缺乏症，这与土壤中缺乏微量元素密切相关。我国作为农业大国，在保障粮食持续增长的同时，对耕地
不合理的使用造成了土壤酸化、盐渍化、耕层变浅、土壤污染、生物多样性下降、土传病害频发等问题，严重影响了健康食物的生产，给人类健康带
来巨大威胁。本文系统总结了土壤健康评价指标与方法的进展，在农业绿色发展新时期，需要发展基于多目标协同、多过程监测、多主体参与的土壤
健康系统评价体系。土壤健康评价对于明确现阶段土壤健康状况，指导土壤管理具有重要的意义。国内外在土壤健康评价方面开展了大量的研究工作
，评价方法也在不断发展和变化（图1）。本部分主要阐述常见的几种土壤健康评价方法，主要包括我国耕地质量（土壤健康）评价方法、康奈尔土
壤健康评价方法、新西兰SINDI方法、基于土壤功能的土壤健康评价方法、基于土壤管理的土壤健康评价方法等。图1?土壤健康评价主要工具
与方法近年来随着科技的进步和人们对土壤多功能性认识的深入，土壤健康的研究已经成为国内外研究的前沿和热点。对于土壤健康评价指标和方法
的研究是理解土壤健康的基础，可为健康土壤定向培育理论和技术研发提供重要支撑。未来在农业绿色发展的引导下，积极倡导土壤健康理念，促进
人与自然和谐发展。构建多目标协同、多主体参与、适用于不同尺度/作物体系的农田土壤健康评价，建议从以下几个方面开展研究工作（图2）：
图2?基于多目标协同多主体参与的土壤健康评价体系框架（1）构建土壤健康大数据平台。土壤健康大数据应包含气候因素、地形条件、土壤物理
、化学和生物学特性、作物类型、管理、农产品品质和社会经济因素等信息。大数据平台的构建需要与新型分析手段和快速测试技术、智能化信息技
术相结合。（2）建立不同尺度和作物体系的土壤健康评价方法。土壤健康的研究尺度不同，评价标准不同，选择的评价指标也有区别（图3）。图
3?不同尺度土壤健康指标和管理目标（3）建立协同实现增产、提质、增效和环保多目标的农田土壤健康评价体系，实现多种土壤功能协调发展。
（4）土壤健康评价与系统研究方法相结合。土壤健康评价与“自上而下（Top–down）”、“自下而上（Bottom–up）”两种系统研究方法相结合，可以在区域尺度上指导土壤健康研究与应用，其中DPSIR（Driver–Pressure–State–Impact–Response）和DEED（Describe–Explain–Explore–Design）是两者的代表性研究方法。（5）土壤健康评价需要多主体参与。土壤健康与食物健康、环境健康、人体健康等相互关联，需要多学科交叉、多主体参与。多主体包括科研单位、政府部门、企业、农场主、种植户等。