【技術(shù)交流】給耕地做“體檢”：如何科學(xué)評價(jià)土壤健康？

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（來源：生態(tài)修復(fù)網(wǎng)）

土壤，是農(nóng)業(yè)的根基，也是生命的搖籃。它不僅是作物生長的“床”，更是一個(gè)充滿活力的生態(tài)系統(tǒng)，默默承擔(dān)著固碳、水凈化、養(yǎng)分循環(huán)、維持生物多樣性等關(guān)乎地球生命支持系統(tǒng)的關(guān)鍵功能。然而，土壤是一種不可再生資源，形成1厘米厚的表土往往需要數(shù)百年甚至上千年，一旦退化，恢復(fù)極其困難甚至不可逆轉(zhuǎn)。如何判斷土壤是否“健康”？如何給耕地做一次科學(xué)、系統(tǒng)的“體檢”？近日，戴玉等學(xué)者在《土壤》期刊發(fā)表的《耕地土壤健康評價(jià)指標(biāo)與方法的發(fā)展與展望》一文，系統(tǒng)梳理了國內(nèi)外土壤健康概念的發(fā)展歷程，匯總了我國近十年耕地土壤健康評價(jià)研究中指標(biāo)的使用情況，并展望了未來的研究方向，為我們理解這一問題提供了清晰的路線圖和科學(xué)的行動指南。

一、從“肥力”到“健康”：土壤認(rèn)識的三大跨越

人們對土壤的認(rèn)識經(jīng)歷了一個(gè)不斷深化的過程。早期，人們常用“土壤肥力”來描述土壤對作物生產(chǎn)的支撐能力——肥沃即為好土，評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)相對單一。20世紀(jì)70年代，“土壤質(zhì)量”概念開始在學(xué)術(shù)文獻(xiàn)中出現(xiàn)，標(biāo)志著學(xué)界對土壤的關(guān)注從“數(shù)量”層面逐步過渡到“質(zhì)量”層面，開始重視土壤的物理、化學(xué)和生物綜合屬性。而進(jìn)入21世紀(jì)，“土壤健康”則是對土壤質(zhì)量的進(jìn)一步深化與拓展。根據(jù)國際上廣泛認(rèn)可的科學(xué)定義，土壤健康是指土壤作為一個(gè)有生命的、動態(tài)的生態(tài)系統(tǒng)，具有持續(xù)保證所有生命形式健康生長、維持生產(chǎn)力、提升環(huán)境質(zhì)量的能力。這一定義強(qiáng)調(diào)了土壤的自然資源屬性、環(huán)境生態(tài)功能，以及與氣候變化、動植物和人類健康的密切聯(lián)系。

耕地健康是土壤健康在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的具體體現(xiàn)。健康的耕地應(yīng)當(dāng)肥力充足、無污染、結(jié)構(gòu)合理、利用穩(wěn)定，兼具生產(chǎn)力和環(huán)境安全性。然而，受自然災(zāi)害、工業(yè)化城鎮(zhèn)化快速推進(jìn)、不合理利用方式以及制度不健全等多重因素影響，我國耕地正面臨有機(jī)質(zhì)流失、固碳能力下降、生物多樣性降低等嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。給耕地做“體檢”——即開展科學(xué)的耕地土壤健康評價(jià)，成為摸清耕地健康底數(shù)、明確退化因素、實(shí)現(xiàn)耕地保護(hù)與生態(tài)安全并重管理目標(biāo)的關(guān)鍵手段。正如文章所指出的，這項(xiàng)工作對筑牢國家糧食安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。

從政策層面看，我國對耕地健康的重視程度也在不斷提升。自2005年以來，國家相繼發(fā)布了《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》《耕地質(zhì)量調(diào)查監(jiān)測與評價(jià)辦法》《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》《耕地質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》等文件，并更新了土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。2016年發(fā)布的《耕地質(zhì)量等級》首次將清潔程度、生物多樣性等土壤健康表征指標(biāo)納入評價(jià)體系，明確了耕地健康的內(nèi)涵。2018年，我國成立土壤健康工作組，“土壤健康與人類健康”的大健康理念逐步深入人心。這些政策法規(guī)的完善，為耕地土壤健康評價(jià)工作的系統(tǒng)開展提供了制度保障。

二、評價(jià)指標(biāo)如何選？近十年研究給出的科學(xué)答案

耕地土壤健康是一個(gè)復(fù)雜的功能整體，無法通過單一指標(biāo)直接測定，必須通過選取多類指標(biāo)構(gòu)建綜合評價(jià)體系。文章通過對2014—2024年間48篇相關(guān)文獻(xiàn)的系統(tǒng)分析，共梳理出179個(gè)評價(jià)指標(biāo)，分為物理指標(biāo)（17個(gè)）、化學(xué)指標(biāo)（41個(gè)）、生物指標(biāo)（20個(gè)）、生產(chǎn)管理指標(biāo)（55個(gè)）、立地條件指標(biāo)（17個(gè)）、限制項(xiàng)指標(biāo)（25個(gè)）和氣象指標(biāo)（4個(gè)）七大類，并以各指標(biāo)在文獻(xiàn)中出現(xiàn)次數(shù)表示利用率。這一分類體系為后續(xù)研究提供了清晰的指標(biāo)框架。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，土壤pH、有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀是使用頻率最高的指標(biāo)（超過60%），堪稱土壤健康評價(jià)的“四大金剛”。土壤全氮、容重的使用頻率也處于較高水平（40%~60%）。使用頻率在20%~40%之間的指標(biāo)較為豐富，包括堿解氮、全磷、全鉀、電導(dǎo)率、有效鋅、有效鐵等化學(xué)指標(biāo)；表層/耕層質(zhì)地、團(tuán)聚體、含水率等物理指標(biāo)；土壤呼吸、蚯蚓豐度、微生物生物量碳、微生物生物量氮等生物指標(biāo)；以及重金屬鎘、鉻、汞、砷、鉛等限制項(xiàng)指標(biāo)。其余指標(biāo)使用頻率均低于20%。

從指標(biāo)分類來看，當(dāng)前耕地土壤健康評價(jià)仍以化學(xué)和物理指標(biāo)為主導(dǎo)——選取超過2個(gè)化學(xué)指標(biāo)的文獻(xiàn)占88%，超過2個(gè)物理指標(biāo)的占42%，而選取超過2個(gè)生物指標(biāo)的僅占27%。生物指標(biāo)和生產(chǎn)管理指標(biāo)雖使用頻率逐步上升，但總體仍然偏少，主要與其獲取難度大、成本高有關(guān)。然而，隨著社會對土壤健康和食品安全需求的日益提升，土壤微生物和農(nóng)田生產(chǎn)管理與土壤健康之間的密切關(guān)系正越來越受到重視。文章強(qiáng)調(diào)，完善生物指標(biāo)和生產(chǎn)管理指標(biāo)的獲取方法，使其更加便捷、低成本，對構(gòu)建我國耕地土壤健康評價(jià)指標(biāo)體系具有重要的戰(zhàn)略意義。

文章進(jìn)一步揭示了各類指標(biāo)之間復(fù)雜的關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。深耕、秸稈還田等耕作管理方式可增加土壤黏粒含量，提升陽離子交換量，增強(qiáng)養(yǎng)分吸附和保持能力；覆蓋作物能夠減少土壤侵蝕，增加土壤通氣性和水分滲透性，為微生物和土壤動物創(chuàng)造更有利的生存條件；土壤孔隙度影響水分保持能力，進(jìn)而調(diào)控微生物呼吸與代謝活動，最終影響土壤碳循環(huán)與穩(wěn)定等生態(tài)系統(tǒng)過程。土壤微生物不僅參與養(yǎng)分循環(huán)、溫室氣體排放和污染物降解，還能通過改變土壤性質(zhì)或構(gòu)建礦物結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)土壤pH、礦物成分、團(tuán)聚特征和水文條件。這些發(fā)現(xiàn)表明，土壤生物指標(biāo)是反映土壤健康狀況的敏感指標(biāo)，也是連接物理、化學(xué)和生產(chǎn)管理指標(biāo)的橋梁。。

在眾多生物指標(biāo)中，蚯蚓和線蟲被多位學(xué)者認(rèn)為是土壤健康的優(yōu)勢指示生物，對土壤理化性質(zhì)和微生物活性有重要影響。土壤酶活性、微生物生物量碳、基礎(chǔ)呼吸量等指標(biāo)也已廣泛用于評價(jià)體系。文章特別指出，以土壤生物為基礎(chǔ)評估土壤健康的指標(biāo)正被廣泛采納，但在生物指標(biāo)的選取與賦值方面仍面臨諸多挑戰(zhàn)：土壤生物指標(biāo)與耕地生態(tài)系統(tǒng)功能之間的聯(lián)系尚不清晰；生物指標(biāo)的監(jiān)測閾值不明確；不同地區(qū)采用的生物指標(biāo)不統(tǒng)一，缺乏標(biāo)準(zhǔn)化體系。這些問題有待未來研究進(jìn)一步突破。

三、不同尺度不同方法：未來構(gòu)建智能監(jiān)測體系

由于評價(jià)目的、尺度和評價(jià)對象的不同，土壤健康評價(jià)的指標(biāo)和方法選擇存在很大差異，國內(nèi)外至今尚未建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。文章對此進(jìn)行了細(xì)致的區(qū)分和總結(jié)。

對于地塊尺度的土壤健康評價(jià)，在常規(guī)指標(biāo)基礎(chǔ)上，評價(jià)體系正逐漸增加更細(xì)致的管理與響應(yīng)指標(biāo)：生產(chǎn)管理方面包括勞動力投入、作物品質(zhì)與產(chǎn)量、發(fā)芽率、商品率、農(nóng)膜殘留量等；物理指標(biāo)增加了土壤硬度、壓實(shí)程度、土粒密度、最大扎根深度等；生物指標(biāo)則納入根生物量、線蟲密度、病原菌指數(shù)等。這表明研究正更加關(guān)注作物生長狀況、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)及農(nóng)田管理措施的實(shí)際影響。在實(shí)際操作中，可通過直接測試土壤和植株樣本，實(shí)現(xiàn)指標(biāo)的精準(zhǔn)獲取與賦值，為地塊尺度的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)管理提供支撐。

對于縣域及更大尺度的土壤健康評價(jià)，評價(jià)體系則增加了化肥農(nóng)藥施用量、灌溉保證率等生產(chǎn)管理指標(biāo)，以及水環(huán)境質(zhì)量、地形地貌、有效土層厚度等立地條件指標(biāo)，更加注重區(qū)域環(huán)境變化與土壤健康管理的結(jié)合，為區(qū)域耕地保護(hù)利用的宏觀決策與治理提供了科學(xué)支撐。在指標(biāo)獲取與賦值方面，主要依賴農(nóng)戶調(diào)查、歷史資料數(shù)據(jù)及多源數(shù)據(jù)提取，仍需大量研究探索更精準(zhǔn)的獲取與賦值方法，以應(yīng)對自然條件的復(fù)雜性。

值得注意的是，當(dāng)前大多數(shù)土壤健康評價(jià)已將土壤生物指標(biāo)和重金屬指標(biāo)納入指標(biāo)體系，說明土壤生物多樣性保護(hù)與重金屬污染監(jiān)測治理日益受到重視。這為持續(xù)加強(qiáng)健康土壤建設(shè)的全球聯(lián)動、在可持續(xù)發(fā)展框架下共享土壤健康提升方案、實(shí)現(xiàn)“土壤—作物—人類社會”生態(tài)健康大循環(huán)奠定了重要基礎(chǔ)。

面向未來，文章提出了四個(gè)重點(diǎn)研究方向：一是構(gòu)建最小數(shù)據(jù)集，根據(jù)不同尺度和對象，縮小并聚焦耕地健康指標(biāo)的選擇范圍，構(gòu)建覆蓋“地塊—縣域—區(qū)域”不同生態(tài)區(qū)的最小耕地健康評價(jià)數(shù)據(jù)集，為多元化評價(jià)對象提供數(shù)據(jù)支撐；二是明確指標(biāo)響應(yīng)機(jī)制，深入研究生產(chǎn)管理指標(biāo)、土壤生物指標(biāo)對土壤健康的響應(yīng)機(jī)制及其與其他指標(biāo)的相互關(guān)系，為評價(jià)指標(biāo)的精確快速獲取和分級賦值提供理論支撐；三是劃定健康紅線，結(jié)合區(qū)域特點(diǎn)，因地制宜開展耕地土壤健康評價(jià)，制定不同生態(tài)區(qū)的指標(biāo)閾值和耕地健康紅線，為區(qū)域土壤監(jiān)測和預(yù)警提供參考依據(jù)；四是構(gòu)建智能監(jiān)測預(yù)警體系，通過定位監(jiān)測，開展面向不同評價(jià)尺度和對象的多目標(biāo)協(xié)同耕地健康評價(jià)研究，采用多樣化、智能化技術(shù)手段，構(gòu)建一體化的監(jiān)測與預(yù)警體系，為農(nóng)業(yè)綠色和高質(zhì)量發(fā)展的政策制定提供科學(xué)依據(jù)。

總之，《耕地土壤健康評價(jià)指標(biāo)與方法的發(fā)展與展望》一文為我們系統(tǒng)梳理了耕地土壤健康評價(jià)的理論基礎(chǔ)、指標(biāo)體系和未來方向。從“肥力”到“質(zhì)量”再到“健康”，從單一指標(biāo)到多指標(biāo)綜合，從地塊尺度到區(qū)域尺度，土壤健康評價(jià)正朝著多源數(shù)據(jù)、多目標(biāo)協(xié)同、多學(xué)科融合的方向不斷演進(jìn)。給耕地做“體檢”，不僅是為了摸清家底，更是為了讓我們能夠科學(xué)地守護(hù)好每一寸耕地，讓這片孕育生命的土地永葆活力，為子孫后代留下健康、肥沃、可持續(xù)利用的寶貴資源。

原文鏈接：https://doi.org/10.13758/j.cnki.tr.202411280477

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