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(来源:生态修复网)

土壤,是农业的根基,也是生命的摇篮。它不仅是作物生长的“床”,更是一个充满活力的生态系统,默默承担着固碳、水净化、养分循环、维持生物多样性等关乎地球生命支持系统的关键功能。然而,土壤是一种不可再生资源,形成1厘米厚的表土往往需要数百年甚至上千年,一旦退化,恢复极其困难甚至不可逆转。如何判断土壤是否“健康”?如何给耕地做一次科学、系统的“体检”?近日,戴玉等学者在《土壤》期刊发表的《耕地土壤健康评价指标与方法的发展与展望》一文,系统梳理了国内外土壤健康概念的发展历程,汇总了我国近十年耕地土壤健康评价研究中指标的使用情况,并展望了未来的研究方向,为我们理解这一问题提供了清晰的路线图和科学的行动指南。

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一、从“肥力”到“健康”:土壤认识的三大跨越

人们对土壤的认识经历了一个不断深化的过程。早期,人们常用“土壤肥力”来描述土壤对作物生产的支撑能力——肥沃即为好土,评价标准相对单一。20世纪70年代,“土壤质量”概念开始在学术文献中出现,标志着学界对土壤的关注从“数量”层面逐步过渡到“质量”层面,开始重视土壤的物理、化学和生物综合属性。而进入21世纪,“土壤健康”则是对土壤质量的进一步深化与拓展。根据国际上广泛认可的科学定义,土壤健康是指土壤作为一个有生命的、动态的生态系统,具有持续保证所有生命形式健康生长、维持生产力、提升环境质量的能力。这一定义强调了土壤的自然资源属性、环境生态功能,以及与气候变化、动植物和人类健康的密切联系。

耕地健康是土壤健康在农业生产领域的具体体现。健康的耕地应当肥力充足、无污染、结构合理、利用稳定,兼具生产力和环境安全性。然而,受自然灾害、工业化城镇化快速推进、不合理利用方式以及制度不健全等多重因素影响,我国耕地正面临有机质流失、固碳能力下降、生物多样性降低等严峻挑战。给耕地做“体检”——即开展科学的耕地土壤健康评价,成为摸清耕地健康底数、明确退化因素、实现耕地保护与生态安全并重管理目标的关键手段。正如文章所指出的,这项工作对筑牢国家粮食安全和农业可持续发展具有重要的战略意义。

从政策层面看,我国对耕地健康的重视程度也在不断提升。自2005年以来,国家相继发布了《农用地质量分等规程》《耕地质量调查监测与评价办法》《全国土壤污染状况调查公报》《耕地质量监测技术规程》等文件,并更新了土壤环境质量标准。2016年发布的《耕地质量等级》首次将清洁程度、生物多样性等土壤健康表征指标纳入评价体系,明确了耕地健康的内涵。2018年,我国成立土壤健康工作组,“土壤健康与人类健康”的大健康理念逐步深入人心。这些政策法规的完善,为耕地土壤健康评价工作的系统开展提供了制度保障。

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二、评价指标如何选?近十年研究给出的科学答案

耕地土壤健康是一个复杂的功能整体,无法通过单一指标直接测定,必须通过选取多类指标构建综合评价体系。文章通过对2014—2024年间48篇相关文献的系统分析,共梳理出179个评价指标,分为物理指标(17个)、化学指标(41个)、生物指标(20个)、生产管理指标(55个)、立地条件指标(17个)、限制项指标(25个)和气象指标(4个)七大类,并以各指标在文献中出现次数表示利用率。这一分类体系为后续研究提供了清晰的指标框架。

统计结果显示,土壤pH、有机质、有效磷、速效钾是使用频率最高的指标(超过60%),堪称土壤健康评价的“四大金刚”。土壤全氮、容重的使用频率也处于较高水平(40%~60%)。使用频率在20%~40%之间的指标较为丰富,包括碱解氮、全磷、全钾、电导率、有效锌、有效铁等化学指标;表层/耕层质地、团聚体、含水率等物理指标;土壤呼吸、蚯蚓丰度、微生物生物量碳、微生物生物量氮等生物指标;以及重金属镉、铬、汞、砷、铅等限制项指标。其余指标使用频率均低于20%。

从指标分类来看,当前耕地土壤健康评价仍以化学和物理指标为主导——选取超过2个化学指标的文献占88%,超过2个物理指标的占42%,而选取超过2个生物指标的仅占27%。生物指标和生产管理指标虽使用频率逐步上升,但总体仍然偏少,主要与其获取难度大、成本高有关。然而,随着社会对土壤健康和食品安全需求的日益提升,土壤微生物和农田生产管理与土壤健康之间的密切关系正越来越受到重视。文章强调,完善生物指标和生产管理指标的获取方法,使其更加便捷、低成本,对构建我国耕地土壤健康评价指标体系具有重要的战略意义。

文章进一步揭示了各类指标之间复杂的关联网络。深耕、秸秆还田等耕作管理方式可增加土壤黏粒含量,提升阳离子交换量,增强养分吸附和保持能力;覆盖作物能够减少土壤侵蚀,增加土壤通气性和水分渗透性,为微生物和土壤动物创造更有利的生存条件;土壤孔隙度影响水分保持能力,进而调控微生物呼吸与代谢活动,最终影响土壤碳循环与稳定等生态系统过程。土壤微生物不仅参与养分循环、温室气体排放和污染物降解,还能通过改变土壤性质或构建矿物结构,调节土壤pH、矿物成分、团聚特征和水文条件。这些发现表明,土壤生物指标是反映土壤健康状况的敏感指标,也是连接物理、化学和生产管理指标的桥梁。。

在众多生物指标中,蚯蚓和线虫被多位学者认为是土壤健康的优势指示生物,对土壤理化性质和微生物活性有重要影响。土壤酶活性、微生物生物量碳、基础呼吸量等指标也已广泛用于评价体系。文章特别指出,以土壤生物为基础评估土壤健康的指标正被广泛采纳,但在生物指标的选取与赋值方面仍面临诸多挑战:土壤生物指标与耕地生态系统功能之间的联系尚不清晰;生物指标的监测阈值不明确;不同地区采用的生物指标不统一,缺乏标准化体系。这些问题有待未来研究进一步突破。

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三、不同尺度不同方法:未来构建智能监测体系

由于评价目的、尺度和评价对象的不同,土壤健康评价的指标和方法选择存在很大差异,国内外至今尚未建立统一的标准。文章对此进行了细致的区分和总结。

对于地块尺度的土壤健康评价,在常规指标基础上,评价体系正逐渐增加更细致的管理与响应指标:生产管理方面包括劳动力投入、作物品质与产量、发芽率、商品率、农膜残留量等;物理指标增加了土壤硬度、压实程度、土粒密度、最大扎根深度等;生物指标则纳入根生物量、线虫密度、病原菌指数等。这表明研究正更加关注作物生长状况、农产品品质及农田管理措施的实际影响。在实际操作中,可通过直接测试土壤和植株样本,实现指标的精准获取与赋值,为地块尺度的精准农业管理提供支撑。

对于县域及更大尺度的土壤健康评价,评价体系则增加了化肥农药施用量、灌溉保证率等生产管理指标,以及水环境质量、地形地貌、有效土层厚度等立地条件指标,更加注重区域环境变化与土壤健康管理的结合,为区域耕地保护利用的宏观决策与治理提供了科学支撑。在指标获取与赋值方面,主要依赖农户调查、历史资料数据及多源数据提取,仍需大量研究探索更精准的获取与赋值方法,以应对自然条件的复杂性。

值得注意的是,当前大多数土壤健康评价已将土壤生物指标和重金属指标纳入指标体系,说明土壤生物多样性保护与重金属污染监测治理日益受到重视。这为持续加强健康土壤建设的全球联动、在可持续发展框架下共享土壤健康提升方案、实现“土壤—作物—人类社会”生态健康大循环奠定了重要基础。

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面向未来,文章提出了四个重点研究方向:一是构建最小数据集,根据不同尺度和对象,缩小并聚焦耕地健康指标的选择范围,构建覆盖“地块—县域—区域”不同生态区的最小耕地健康评价数据集,为多元化评价对象提供数据支撑;二是明确指标响应机制,深入研究生产管理指标、土壤生物指标对土壤健康的响应机制及其与其他指标的相互关系,为评价指标的精确快速获取和分级赋值提供理论支撑;三是划定健康红线,结合区域特点,因地制宜开展耕地土壤健康评价,制定不同生态区的指标阈值和耕地健康红线,为区域土壤监测和预警提供参考依据;四是构建智能监测预警体系,通过定位监测,开展面向不同评价尺度和对象的多目标协同耕地健康评价研究,采用多样化、智能化技术手段,构建一体化的监测与预警体系,为农业绿色和高质量发展的政策制定提供科学依据。

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总之,《耕地土壤健康评价指标与方法的发展与展望》一文为我们系统梳理了耕地土壤健康评价的理论基础、指标体系和未来方向。从“肥力”到“质量”再到“健康”,从单一指标到多指标综合,从地块尺度到区域尺度,土壤健康评价正朝着多源数据、多目标协同、多学科融合的方向不断演进。给耕地做“体检”,不仅是为了摸清家底,更是为了让我们能够科学地守护好每一寸耕地,让这片孕育生命的土地永葆活力,为子孙后代留下健康、肥沃、可持续利用的宝贵资源。

原文链接:https://doi.org/10.13758/j.cnki.tr.202411280477

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