土壤健康内涵.土壤健康评价研究进展与展望

土壤健康内涵和土壤健康评价研究进展与展望

农业资源与环境

摘要：本文简要分析了土壤健康与农业可持续发展的关系，对土壤健康的内涵、发展做了简要的回顾和认识，同时对现在土壤健康的研究方向及热点做简要的概括，选取土壤健康评价作为研究重点，进行深入分析，得到关于土壤健康的最新研究进展，结合自己认识，对现阶段土壤健康研究的最新方向和切入点进行展望。

引言：

中国作为世界上人口最多的发展中国家，如何在有限的土地资源上生产出足质足量的食物，一直是世界关注的热点问题之一。需要引起人们深切关注的是我国土地资源有限、耕地质量不高，人地耕地面积远远低于世界平均水平，如何保障国家粮食安全，是我们当前面临的极为迫切的问题。一方面要满足现阶段国家人口的粮食数量，要提高粮食质量，保障粮食安全；另一方面提高土壤健康，提高土壤产量也是保障粮食安全的重要途径。现阶段可持续发展已经日益成为当今国际社会共同关注的重大课题，如何解决好人口、资源、环境问题关系着以后的发展，而可持续发展的基础是农业的可持续发展，即可持续农业。土壤是农业发展的物质基础，研究可持续农业，必须研究土壤健康。保证土壤的健康是实现食物双重安全—“数量安全”和“质量安全”的必要保障和物质基础，也是保证生物健康，特别是人类健康的重要途径[1,2]因此土壤健康与可持续农业密不可分，相互关联，土壤健康作为根基和基石，有其研究的必要性。及时了解分析和跟踪国际土壤质量研究的最新进展和前沿，并根据我国实际情况开展土壤质量研究与应用工作，具有重要的理论和现实生产意义。

初步检索：

在CNKI 按照主题词“土壤健康”进行检索，得到366篇的搜索结果。对中文关键词进行整合分析，发现土壤健康的演技方向主要是土壤健康评价、评价方法、评价因子、土壤健康与土壤肥力、土壤生态系统、土壤健康与土壤污染、土壤健康与土壤重金属等方面。

土壤健康的发展内涵：

土壤健康内涵不断的发展，不同的学者对土壤健康的定义并不唯一，国内外学者对于土壤健康也有不同的侧重点。国外学者对土壤健康这一概念的内涵提出了自己的看法。Doran 和Zeiss 认为，狭义上的“土壤健康”是指土壤最大限度减少植物、生物的

数量及有关疾病的发生，最大限度地减少、控制土传昆虫或者其他害虫的数量和活动范围[3]。Wolfe 则人为，土壤健康是指利用生物、物理和化学方法，相互结合的实施土壤管理的综合措施，在最大限度地防止生产对环境有负面效应的前提下，使作物生长达到长期的可持续发展[4]。Trutmann 等认为，土壤健康指使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；以及促进植物和动物健康的能力[5]。

国内学者也对这一概念提出自己的见解。周启星指出，土壤健康又如下几个判别标准，首先是能生产提供产出对人有效益的动植物产品，而且具有一定的抗污染能力，能够不断改善大气、水质量的能力。最为重要的是，土壤健康能直接或者间接的促进植物、动物、微生物以及人体的健康[1]。章家恩提出，土壤健康是指土壤处于一种良好的或正常的结构和功能状态及其动态过程，能够提供持续而稳定的生物生产力，维护生态平衡，保持环境质量，能够促进植物、动物和人类的健康，不会出现退化，且不对环境造成危害的一个动态过程。

综合现有学者研究，认为土壤健康是指维持生态系统生产力和动植物健康而不发生土壤退化及其它生态环境问题的能力。土壤健康这一术语一般为农学家和生产者及大众媒体所采用。它强调土壤的生产性，即一个健康的土壤能持续生产出既丰富又优质的作物产品。但是，过去的十多年里，人们对农业的理解发生了很大变化，农业已不再仅是一个封闭的操作系统，而已成为复杂生态系统中的一个组成部分。土壤健康不仅对作物生长活动的效率有影响，而且对水质量和大气质量有影响。生态系统的各个部分相互作用、相互影响。所以，不应该把土壤健康的定义仅仅局限于其生产性，而应该将其与生态系统及环境联系起来，与土壤保护及持续农业联系起来，它应能给许多特性和过程的条件勾绘出总体的面貌。

土壤质量与土壤健康：

Doran 等认为土壤作为重要生命系统功能的能力, 在生态系统和土地利用边界内, 维持作物和动物生产力, 维持或促进水和大气质量, 促进作物和动物健康[4]。土壤质量和土壤健康紧密联系在一起, 土壤健康强调土壤的生产性, 土壤健康不仅对作物生长活动的效率有影响, 而且对水质量和大气质量有影响。土壤健康的术语描绘土壤作为一个活的动态的系统, 它的功能为需要管理和保持的多种生物调节。有学者认为土壤健康和土壤质量是同义的, 但土壤质量通常与土壤适宜于某一特定功能相联系, 而土壤健康在更广的范围内指出土壤作为生命系统维持生物生产力、促进环境质量和维持作物和动物健康

的能力, 在这一意义上, 土壤健康和可持续同义[7-10]。

土壤健康评价指标和方法：

我国在80年代初期就土壤健康的评价, 也选择了许多的指标进行评价, 但到目前为止, 始终没有形成一个合适的体系和标准。过去几十年中, 许多研究基于选择合适的指标来评价土壤健康, 但是由于受多种管理系统的影响, 土壤健康变化的检测非常缓慢, 关键指标的选取必须是可维持土壤功能, 检测土壤变化的方向速率和程度等, 决定多种生态系统的改善和退化。

不同学者根据不同的研究目的选择不同的研究指标。万存绪等研究微生物黄土高原选择有机质, 熟化层, 侵蚀强度, 水分, 土层厚度, 质地, 土体构型, 肥力[11]。张建辉研究川江流域石灰含量时选择质地, 容重, 湿度, 土层厚度, 砾石；有机质, 全氮, 速效磷；pH [12]。吴先余在有效土层厚黄土丘陵林场的文章里选择坡度,

可以看出, 我国土壤质量的评价研究范围日趋广泛, 从农业土壤区到自然生态环境和人类干扰下的城乡结合处土壤评价、从平原地区到山地土壤、从林业土壤到湿地土壤等都有所涉及。目前研究各种土壤功能退化和恢复是土壤质量评价的重点, 这些代表性的研究所选用的土壤质量的指标体系仍然是以土壤理化性质为主, 而且主要侧重土壤肥力评价。

有机质的含量是我国土壤质量评价中几乎必须考虑的因子, 依次是速效钾, 速效磷,pH, 全氮, 土壤质地, 土层厚度, 全钾, 全磷,CEC, 水解氮, 水分等, 而比如土壤温度, 成土母质, 土壤侵蚀等因素很少被考虑到。

对于土壤健康评价的方法主要有以下几种：

（1）综合指数法(简称指数法) 。该法先根据实测值和评价标准求取分指数，然后由分指数计算综合指数。指数法的最大特点是具有等价性，便于对比，计算简单。另一

方面，计算综合指数的方法不同，所得评价结果也不一定相同。

（2）模糊数学综合评判法(简称模糊法) 。此法是利用土壤质量分级差异中间过渡的模糊性，将土壤按照不同分级标准，通过建立隶属函数在闭区间(0,1)内连续取值来进行评价的方法。

（3）灰色聚类法(简称灰色法) 。本法基于环境质量系统的灰色性，考虑多项因子的综合影响，将聚类对象对于不同聚类指标所拥有的白化数，按几个灰类进行归纳，从而判断该聚类对象属于哪一级[21]。灰色法虽避免了主观随意性，但是，其过程繁琐，不易掌握，

（4）层次分析法(AHP)。这种方法把复杂的问题分解为各个组成因素，将这些因素按支配关系组成有序的递阶层次结构，通过两两比较方式确定层次中诸因素的相对重要性，然后综合人们的判断以决定诸因素相对重要性总的顺序[22]。作为一种决策工具，AHP 具有深刻的理论内容和简单的表现形式，并能统一处理决策中的定性与定量的因素而被广泛应用于许多领域。

（5）主成分分析法。其基本原理是：将具有一定相关性的原众多指标，重新组合成一组新的互相无关的综合指标来代替原指标。

（6）人工神经网络法。人工神经网络（ANN ）是一类模拟生物体神经系统结构的新型信息处理系统。从本质上说，它是一种黑箱建模工具，它能够通过“学习”来仿真真实系统中的输入和输出之间的定量关系，为解决非线性、不确定性和不确知系统的问题开辟了一条崭新的途径[23]。ANN 具有自适应性、自学习性、容错性和联想记忆能力等特点，而且操作简单、具有真正多输人多输出系统的特点。

当然，各种土壤健康评价方法都有一定的局限和不足之处，采用单一的方法不可能得到全面的结果，采用多种方法结合的综合评价是解决实际问题的有效途径。 土壤健康的研究方向与重点

土壤健康是个非常综合和概念, 不仅涉及到土壤学、土地利用、农业种植措施和管理等众多方面, 而且也与某些方针政策有关。所以, 需要研究的领域很多。

鉴于当前国际土壤健康研究的最新进展, 结合我国的实际情形, 作者认为, 我国今后一段时间内的土壤健康研究工作应该主要集中在土壤健康指标与评价方法、土壤健康演变过程与机理、土壤健康动态监测与预测预警及对策的研究方面。同时, 考虑到土壤资源作为整个生态系统的一个组成份, 它与其它自然资源间具有密切相互作用关系, 而土地不仅涉及土壤, 而且指作为土地利用的基础的土壤、水、植被和地形的组合资源, 是地

球陆地表面所有影响潜在土地利用和环境管理和要素的组合, 因此今后土壤健康的研究工作应逐步向土地健康方向拓展。有以下几方面的研究重点:

(1)土壤与土地健康指标与评价方法。主要包括用于评估监测、评价土壤和土地健康的指标、分级标准、阈值(Threshold)和弹性(Resilience),定量化和动态的评价方法与评价模型等；

(2)土壤健康变化的发生条件、过程、影响因素及其作用机理与时空规律性。重点是对那些土壤健康产生明显压力的因素及主要退化形式, 如土壤锓蚀、土壤肥力衰减、土壤酸化、土壤污染等的研究；

(3)土壤健康与水、大气环境健康以及动植物和人类健康间关系的研究。包括污染物质在水土界面上的反应、释放和迁移, 农业非点源污染对地表水和地下水水质的影响, 减少温室气体排放的管理措施, 土壤健康影响生长于其中的植物品质进而影响其消费者动物和人类健康的机理及对策等；

(4)土壤和土地健康动态数字数据库及其管理信息系统的研究。包括土地健康动态监测的3S(GIS、GPS 、RS) 技术和信息网络及尺度转换技术, 土壤健康清单(属性数据库和GIS 图件) 及其动态更新, 土壤健康变化趋向的模拟预测与预警研究等方面的工作；

(5)土壤健康保持与提高的途径及其关键技术研究。包括土壤健康分类划区与不同健康类型区土壤健康保持与提高的可持续土地管理决策支持系统与优化模式, 主要退化农业生态系统土壤健康恢复重建的关键技术(如水土保持型生态农业技术、水肥耦合调控技术、酸性土壤改良技术等) 及其集成与试验示范研究等方面的工作。

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