導    讀

土壤是地球關鍵帶的重要組成部分(fēn)，爲維持和保障農業生(shēng)産、植物(wù)生(shēng)長、動物(wù)栖息、生(shēng)物(wù)多樣性和環境質量提供了基本服務，是鏈接整個自然生(shēng)态系統的核心要素之一(yī)。增強土壤健康對實現可持續發展目标至關重要，近年來在全世界範圍内皆受到更多的重視和更廣泛的研究。耕地和草地是當前地球上最大(dà)的土地利用類型，分(fēn)别約占地球上無冰土地12%和26%。同時，“田”和“草”是“山水林田湖草生(shēng)命共同體(tǐ)”中(zhōng)的重要組成部分(fēn)，維護耕地和草地兩種農牧地類型土壤健康對于維持整個自然生(shēng)态系統健康和實現可持續發展具有重要意義。近二十年來，圍繞這兩種土地利用類型土壤健康的相關研究呈現興起态勢。中(zhōng)國在此研究領域雖比較活躍，但研究成果的影響力還有待加強，且還未從國家層面建立一(yī)個統一(yī)的土壤健康評估體(tǐ)系。本文首先厘清了土壤健康内涵的演變，并聚焦于以上兩個典型的農牧地類型，歸納了當前國内外(wài)相關研究的熱點内容；其次，梳理了當前國内外(wài)土壤健康評估研究工(gōng)作現狀，同時總結了中(zhōng)國在土壤健康維護方面已有的工(gōng)作基礎；最後，對我(wǒ)國未來土壤健康評估研究提出了建議和展望，以期爲改善耕地和草地土壤功能、維護我(wǒ)國土壤健康提供依據和方法。

作者：司紹誠1，3，吳宇澄2，李 遠1，塗 晨1，付傳城2，駱永明1，2，3†（1. 中(zhōng)國科學院海岸帶環境過程與生(shēng)态修複重點實驗室（煙台海岸帶研究所），山東煙台 264003；2. 中(zhōng)國科學院土壤環境與污染修複重點實驗室（南(nán)京土壤研究所），南(nán)京 210008；3. 中(zhōng)國科學院大(dà)學，北(běi)京 100049）

來源：土壤學報（2022年第59卷第3期）

人類文明的發展離(lí)不開(kāi)對土壤的依附。土壤健康（Soil health）概念的興起和發展，很大(dà)程度上體(tǐ)現了人類在不同曆史發展時期對土壤資(zī)源的認知(zhī)水平，也體(tǐ)現了人類對可持續性發展意識的覺醒與深化。當前全球面臨資(zī)源約束趨緊、環境污染嚴重、生(shēng)态系統退化及氣候變化等重大(dà)挑戰，在應對這些自然和經濟社會的嚴峻考驗時，土壤都承擔着重要角色[1]。聯合國糧農組織（FAO）在2015 國際土壤年提出了“健康土壤帶來健康生(shēng)活”的理念和行動，指出隻有健康的土壤才能生(shēng)産健康的食物(wù)，進而孕育健康的人類與社會。在此推動下(xià)，人們意識到土壤健康對實現和促進人類可持續發展的重要作用，其已逐漸成爲被廣泛關注的研究主題。近二十年來，“土壤健康”研究的緊迫性促使相關研究領域呈現興起态勢，并累積了較多的研究成果（圖 1a），研究方向豐富且多元。目前研究熱點方向主要集中(zhōng)于：土壤生(shēng)态系統服務與土壤有機碳儲存、土壤生(shēng)物(wù)區系與生(shēng)物(wù)多樣性、污染物(wù)（尤其是重金屬）環境行爲、植物(wù)生(shēng)長、田間耕作措施與肥力提升等方面（圖1c）。農牧用地是當前地球上最大(dà)的土地利用類型，占地球上無冰土地的38%，其中(zhōng)耕地和草地分(fēn)别約占12%和26% [2]，也是目前土壤健康研究着重關注的土地利用類型。聚焦于這兩種用地類型，相關研究的發文量逐年提升，但圍繞耕地的研究總體(tǐ)多于草地（圖 1b）。

中(zhōng)國耕地資(zī)源總量僅爲1.35 億hm2，人均耕地僅0.30 hm2（世界人均約0.37 hm2）[3]，耕地土壤資(zī)源嚴重不足；與之相對的是，我(wǒ)國草地面積約2.8～3.93 億hm2，占國土面積的40%[4]，草地資(zī)源雖較爲豐富，但其生(shēng)産力較低[4]，且過度放(fàng)牧、亂開(kāi)濫墾等問題，導緻了草地退化、沙化、鹽堿化面積的日益擴大(dà)，嚴重損壞了草地生(shēng)态系統[5]。同時随着工(gōng)業化、信息化、城鎮化、農業現代化的同步發展，我(wǒ)國農牧地退化、資(zī)源利用率低和環境惡化等嚴重問題也日趨凸顯[6-7]。但與大(dà)部分(fēn)發達國家所面臨的處境不同，受制于緊張的農牧地資(zī)源（尤其是耕地），我(wǒ)國需要在已經被“污染”的土壤上維持生(shēng)産活動，并保證安全的農産品産出[8]。在此背景下(xià)，保障土壤健康是維護我(wǒ)國農牧業可持續發展和資(zī)源生(shēng)态環境安全面臨的重大(dà)挑戰。

目前，我(wǒ)國在該領域的研究雖比較活躍，但研究成果還缺少國際影響力（圖 1a）。本文對土壤健康的内涵進行梳理，并重點聚焦于耕地和草地兩個典型的農牧地類型，綜述了當前這兩種用地類型土壤健康研究的熱點内容，同時對農牧地土壤健康評估體(tǐ)系進行了梳理。結合該領域的發展現狀，提出了對未來研究的展望，以期爲我(wǒ)國建立健全的農牧地土壤健康評估體(tǐ)系、支持綠色可持續發展提供科學依據和方法學基礎。

1 “土壤健康”的内涵及其發展

與“土壤健康”相關的術語有“土壤肥力”、“土壤質量”等。最初，人們用土壤肥力（Soil fertility）指土壤在作物(wù)生(shēng)産中(zhōng)的作用，并注重土壤種植提供人類使用的糧食、燃料和纖維的能力，所以土壤肥力常被用來衡量土壤對于農業生(shēng)産的适用性[9-10]。随着研究人員(yuán)對人類、動（植）物(wù)及環境健康之間相互聯系認識的逐漸深入，僅側重于以土壤肥力及農業生(shēng)産爲目的的土壤評估，已不再完全合适。20世紀70 年代初，提出了土壤質量（Soil quality）的概念[11]，成爲土壤健康（Soil health）一(yī)詞的曆史來源。Karlen 等[12]于1997 年将土壤質量定義爲“土壤在生(shēng)态系統範圍内發揮作用以維持生(shēng)物(wù)生(shēng)産力，維持環境質量并促進動植物(wù)健康的能力”，它描述了土壤爲農業生(shēng)産發揮作用的背景狀況。

随着人們對土壤資(zī)源認知(zhī)的不斷拓展和深化，産生(shēng)了“土壤健康”的概念[13]。雖目前還未有完全統一(yī)的定義，但一(yī)般認爲土壤健康是指“土壤在生(shēng)态系統和土地利用邊界内，發揮重要生(shēng)命系統的能力，以維持植物(wù)和動物(wù)的生(shēng)産力，維持或改善水和空氣質量，并促進植物(wù)生(shēng)長和動物(wù)健康”[13]。有學者認爲“土壤健康”與“土壤質量”在内涵上屬同義，兩者之間可相互轉換，但也有學者認爲兩者涉及的範圍不同、各有側重：“土壤質量”包括土壤對整個生(shēng)态系統内水質和植物(wù)、動物(wù)健康的影響，通常強調與人類有關的生(shēng)态系統服務或功能[12-14]；而“土壤健康”則更側重生(shēng)态屬性，這些屬性具有超出其生(shēng)産特定作物(wù)的質量或能力的影響[14]。我(wǒ)國學者董元華等[15]認爲土壤健康狀态應更多從土壤生(shēng)态系統的角度來考慮，具有生(shēng)物(wù)活力及良好功能的土壤才是健康的土壤，所以土壤健康可定義爲“在特定環境與目标用途下(xià)土壤功能可正常運轉的能力或狀态，其内容應包含土壤物(wù)理健康或形态健康、土壤化學健康/營養健康、土壤生(shēng)物(wù)健康、土壤環境健康及土壤生(shēng)态系統健康五個層級”。可見，土壤健康涉及和應用的範圍和尺度更廣。Lehmann等[16]進一(yī)步指出土壤健康應超出人類健康的範圍，以實現更可持續性目标，即應包括整個星球健康。爲了達到土壤健康的高階目标——應對全球環境可持續性挑戰[17]，國際上提出了“土壤安全（Soilsecurity）”的概念，其通常用于政策背景下(xià)，涵蓋了土壤管理相關的人類文化、金融資(zī)本、法律政策、社會福祉等多個方面[16]，提供了一(yī)種解決人類面臨的環境問題的理論框架，并将土壤放(fàng)在這種理論框架的核心位置[18]。

圖 2 示意了上述幾個概念之間的關系。從中(zhōng)可見，在區分(fēn)不同的空間應用尺度、生(shēng)态系統服務功能以及利益相關者的前提下(xià)，幾個概念之間既相互遞進，又(yòu)相互包含。就本文聚焦的耕地和草地兩種農用地類型而言，相關土壤健康研究都會交叉論述土壤質量的内容。其原因主要有兩方面：一(yī)是由于目前土壤健康相關研究多數聚焦于較小(xiǎo)尺度的景觀/農場、田塊等[19]類别的土地利用類型；二是與耕地和草地密切相關的土壤功能包括提供初級生(shēng)産力、水體(tǐ)調節與涵養、碳封存與調節、生(shēng)物(wù)多樣性和栖息地供給、養分(fēn)供給與循環等[20-21]，主要側重于與人類有關的生(shēng)态系統服務或功能。

2 耕地及草地土壤健康的研究熱點主題

根據Web of Science TM 核心數據庫，圍繞“耕地土壤健康”爲主題發文量最多的前三位國家爲印度、美國和中(zhōng)國，恰好位列全球耕地面積的前三位[22]，且人口數量也位居全世界的前三位[23]，說明人口壓力推動了國家對糧食産量及安全的重視，從而形成了對耕地土壤健康問題的高度關注。圍繞“草地土壤健康”爲主題發文量最多的前三位國家依次爲美國、澳大(dà)利亞與中(zhōng)國，草地在此三個國家中(zhōng)占據了較大(dà)比例的國土面積。

2.1 耕地及草地土壤生(shēng)态系統服務與土壤健康

随着人們對土壤的認識不再拘泥于單一(yī)的生(shēng)産功能，土壤生(shēng)态系統服務的多樣化開(kāi)始獲得關注。楊穎等[24]基于土壤多重功能性，對我(wǒ)國黃淮海平原的典型農田生(shēng)态系統開(kāi)展了耕地土壤健康評價研究。吳克甯等[21]利用“木桶結構”形象地闡釋了基于功能與脅迫的農牧地土壤健康觀，其中(zhōng)将土壤質量類比爲木桶容積，将土壤功能類比爲組成各個木桶的木闆，将土壤健康看作在環境脅迫條件下(xià)木桶發揮正常作用的狀态。土壤健康包括廣泛的生(shēng)态系統服務功能和角色，通過構建“生(shēng)态系統服務－功能－特性－質量維度－指标－健康”的理論框架，從而量化與生(shēng)态系統服務功能相關的土壤固有屬性來評估土壤健康[25-26]。

判斷土壤健康狀況時應區分(fēn)不同的土壤利用目标和管理活動，并緊密結合其所側重的生(shēng)态系統服務、管理目标及政策向導。根據人爲管理目标和自然條件等基礎信息，Zwetsloot 等[27]針對跨越五個氣候區的13 個國家在内的耕地、草地兩種利用類型，開(kāi)展了五種土壤功能（初級生(shēng)産力、水調節和淨化、氣候調節、土壤生(shēng)物(wù)多樣性和養分(fēn)循環）的評估。其結果證實，考慮到政策和管理措施的差異，對不同土壤功能之間的協同作用進行權衡判别，最終可實現對多種土壤功能的科學性評估和管理。此外(wài)，在脅迫條件下(xià)能否正常發揮其生(shēng)态系統服務功能是土壤健康狀況的重要表現。趙瑞等[28]探讨了重金屬污染狀态下(xià)土壤功能供需能力和土壤脅迫程度，通過半定量化的方法構建了耕地土壤健康評價矩陣。通過識别限制耕地土壤功能的主要因素，有利于實現耕地土壤健康資(zī)源的精細化風險管理，有助于耕地土壤資(zī)源管護及可持續性利用。

2.2 耕地及草地可持續田間管理與土壤健康

人類生(shēng)産活動離(lí)不開(kāi)農牧業土壤的支撐，科學合理可持續的田間管理是維系人類命運與土壤健康的核心目标之一(yī)。其中(zhōng)，土壤肥力管理是影響耕地及牧場草地生(shēng)産力和可持續性的重要手段，也是長久以來耕地和草地土壤健康研究的重要議題之一(yī)。大(dà)量的研究已表明，有機肥可從增加土壤有機質及養分(fēn)含量[29-30]、改良土壤結構、提高土壤生(shēng)物(wù)多樣性等[31]多個維度綜合提升土壤健康水平。然而，外(wài)源肥料過量輸入卻會帶來增産效果削弱、環境污染加重等諸多負面效應[32-33]。将農牧業生(shēng)産活動中(zhōng)産生(shēng)的物(wù)質進行循環利用，對于提升土壤健康也頗有助益。其中(zhōng)，稭稈還田是最常見的方式之一(yī)，通過稭稈還田，改善了土壤性質（如有機質、土壤酶活性等指标），并提高了作物(wù)産量[34-35]。此外(wài)，在牧業生(shēng)産活動中(zhōng)産生(shēng)的廢棄物(wù)再利用也開(kāi)始受到關注。譬如，将牧場養殖活動中(zhōng)産生(shēng)的廢羊毛進行收集後，再用作養殖飼料及牧草生(shēng)長有機肥的來源，補充動物(wù)營養同時促進土壤養分(fēn)，從而改善草地土壤健康[36]。

合理調節田間耕種強度可以保水保肥，也是保持土壤健康和促進耕地土壤可持續發展至關重要的田間管理手段之一(yī)。正如從奧地利的三個25 年長期定位試驗中(zhōng)發現，适度降低耕種強度可以顯著降低區域内地表徑流、阻控土壤侵蝕，同時還提高了表層0～10 cm 土壤有機碳含量[37]。此外(wài)，結合更廣泛的綜合性管理手段，是高集約化條件下(xià)保持農牧地可持續性生(shēng)産的有效手段。例如，可将保護性耕作與合理施入有機肥料的手段有效結合起來。Hao 等[38]發現在長期小(xiǎo)麥-玉米輪作的高集約化生(shēng)産模式下(xià)，采用深層土壤耕作與全量稭稈還田相結合的方式可以有效地調節農田土壤微生(shēng)物(wù)群落，同時提高了土壤碳固存能力。從大(dà)量研究可以看出，人類的農業生(shēng)産活動與保護土壤健康狀态的目标并不沖突，采取适宜得當的田間管理模式有利于加速營養元素循環，增強土壤生(shēng)态系統活力，從而達到提高農牧業生(shēng)産力，扭轉土壤退化态勢，提升土壤健康的目标，最終可有效緩解當前全球糧食安全面臨的巨大(dà)挑戰。

2.3 耕地及草地土壤生(shēng)物(wù)區系及其多樣性與土壤健康

土壤健康研究最重要的進步之一(yī)是在土壤管理中(zhōng)增加了生(shēng)物(wù)學觀點，以應對作物(wù)生(shēng)産的長期可持續性挑戰[16]。土壤生(shēng)物(wù)區系包括細菌、真菌、原生(shēng)生(shēng)物(wù)和無脊椎動物(wù)等，爲了維持土壤的多功能性，不同類群的土壤生(shēng)物(wù)承擔着不同的作用，通過相互之間的作用，确保了陸地生(shēng)态系統功能的良好運轉[39-40]。土壤無脊椎動物(wù)（如環節動物(wù)、節肢動物(wù)、節肢動物(wù)和扁蟲）能處理大(dà)量的植物(wù)和動物(wù)碎屑[41]，并最終決定新鮮物(wù)質資(zī)源在土壤食物(wù)網中(zhōng)轉化的潛在速率[39]。土壤微型生(shēng)物(wù)（包括原生(shēng)生(shēng)物(wù)、細菌、真菌等）通過自身代謝參與元素循環和污染物(wù)降解等過程，同時在增強根際免疫，提高土壤肥力和作物(wù)産量方面扮演關鍵的角色，對土壤健康乃至人類健康具有重要意義[42]，但仍依賴于大(dà)型土壤生(shēng)物(wù)群的活動[43]。此外(wài)，土壤病毒也正逐漸走入人們的視野，Kuzyakov 和Mason-Jones[44]提出土壤病毒在調控微生(shēng)物(wù)群落結構組成、影響土壤元素循環利用、促進生(shēng)物(wù)進化、以及影響動植物(wù)病害乃至人類健康等方面可能起着重要的作用。

土壤生(shēng)物(wù)多樣性體(tǐ)現了土壤作爲一(yī)個生(shēng)命體(tǐ)的活力狀态。更加多樣化的土壤生(shēng)物(wù)群落有利于增加高産優質作物(wù)所需的養分(fēn)，保護農作物(wù)免受害蟲、病原體(tǐ)、雜(zá)草的侵害，并緩解作物(wù)生(shēng)産過程中(zhōng)面臨的生(shēng)境脅迫因素（如幹旱）[45-46]。Fan 等[47]發現在長期有機肥和化肥合理配施的情況下(xià)，土壤關鍵類群的群落多樣性增強。一(yī)方面可以正向積極調節多種參與碳、氮、磷、硫等與植物(wù)生(shēng)長和營養物(wù)循環相關的功能基因的變化，從而提高作物(wù)生(shēng)産力。另一(yī)方面，土壤微生(shēng)物(wù)群落多樣性增加抑制了病原體(tǐ)并激活更多有益和耐受的微生(shēng)物(wù)，降低病蟲害的侵襲。與之相反的，土壤生(shēng)物(wù)區系多樣性降低或喪失，會造成土壤生(shēng)态系統平衡狀況受損，并帶來其他的環境負面效應。例如，Wagg 等[48]通過草地土壤模型研究發現，土壤生(shēng)物(wù)群落多樣性的降低使草地中(zhōng)植物(wù)及土壤生(shēng)物(wù)多樣性（微生(shēng)物(wù)和動物(wù)群）降低，同時還使磷的浸出增加，溫室氣體(tǐ)的排放(fàng)量上升，增加了生(shēng)态風險。然而，要量化和管理土壤生(shēng)物(wù)區系及其多樣性，并将其作爲土壤健康管理目标的一(yī)部分(fēn)還存在很大(dà)的挑戰，這可能是由于：1）多數生(shēng)

物(wù)指标的測定耗時較長，技術要求和成本較高，不易推廣使用[49]；2）土壤生(shēng)物(wù)種類多、數量大(dà)、變化快，且在一(yī)定程度上存在功能冗餘性，爲定量化生(shēng)物(wù)指标帶來了困難[50]；3）生(shēng)物(wù)區系與土壤功能之間的關系還難以量化[16]；4）土壤健康和生(shēng)物(wù)學指标變化的因果關系尚不明晰[42]。

2.4 耕地及草地土壤污染與土壤健康

土壤污染影響食物(wù)安全、生(shēng)物(wù)安全、人體(tǐ)健康等多個方面。快速的工(gōng)業化發展、高強度的人爲活動，以及不合理的人爲管理措施導緻并加重了農牧地土壤污染問題，對土壤健康造成了嚴重的威脅。據2014 年發布的《全國土壤污染狀況調查公報》[51]數據顯示，我(wǒ)國耕地土壤污染物(wù)的點位超标率高達19.4%， 草地土壤的點位超标率爲10.4%，危及耕地草地環境安全和生(shēng)态系統健康[52]。常見土壤污染物(wù)包括重金屬、除草劑、殺蟲劑、抗生(shēng)素及抗性基因、微塑料、多環芳烴等。此外(wài)，有些土壤還面臨病原菌、病毒等生(shēng)物(wù)性污染的威脅[52]。土壤污染會影響到土壤功能，如過量施用的化肥随地表徑流導緻重要水體(tǐ)的富營養化，影響土壤參與水質調節的功能[53]。有機肥的大(dà)量施用造成農牧地土壤中(zhōng)重金屬、抗生(shēng)素及其抗性基因等污染物(wù)的複合污染問題，使土壤污染趨于多樣化和複雜(zá)化，導緻土壤微生(shēng)物(wù)群落結構發生(shēng)改變[54]，微生(shēng)物(wù)呼吸、酶活性等活性指标顯著降低，土壤微生(shēng)物(wù)活力受到顯著抑制[55]。

農牧地土壤污染物(wù)，如重金屬，通過植物(wù)根系吸收，在耕地農作物(wù)及草地牧草中(zhōng)富集，再通過食物(wù)鏈影響農牧産品品質，最終影響人體(tǐ)健康[56]。對于土壤中(zhōng)的生(shēng)物(wù)污染物(wù)如病原體(tǐ)、緻病真菌，其産生(shēng)的真菌毒素可能污染植物(wù)産品，最終可引發動物(wù)和人類的急性和慢(màn)性疾病[57]。此外(wài)，土壤中(zhōng)生(shēng)存着的寄生(shēng)蟲，如血吸蟲和蠕蟲可在人體(tǐ)腸道中(zhōng)傳播，造成慢(màn)性疼痛、腹瀉和營養不良等症狀[58]。聯合國提出的全球可持續發展目标（SDGs）中(zhōng)有13 項與土壤直接或間接有關，消除土壤污染是達到其中(zhōng)SDG2“零饑餓”、SDG3“良好健康與福祉”等幾項目标的重要途徑和手段。可見，加強土壤污染防治對維持農牧地可持續生(shēng)産，維護土壤健康，以及保障人類健康具有重大(dà)意義。

3 耕地及草地土壤健康評估體(tǐ)系

3.1 耕地及草地土壤健康評估目标

對已發表文獻的關鍵詞進行聚類分(fēn)析可以發現（圖3），耕地土壤健康評估主要聚焦于：田間耕作方式及田間管理措施對土壤健康的影響、對土壤肥力及其對植物(wù)生(shēng)産力的影響、土壤有機質（碳）與土壤健康間的聯系、土壤生(shēng)物(wù)區系與多樣性、土壤微量元素及其有效性等五個方面；而對于草地土壤健康評估，主要聚焦于物(wù)質循環（碳元素爲主）和生(shēng)物(wù)區系與多樣性兩大(dà)主題；另有部分(fēn)研究，聚焦于牧場草地管理及其與氣候變化關系上。由此，對不同土地利用類型土壤進行健康評估時，評估目标的制定會存在差異。就耕地土壤而言，主要是從土壤維持作物(wù)可持續性生(shēng)産力的支持功能，保證作物(wù)安全産出的角度，設定土壤健康評估目标；而對于草地土壤而言，更多的是從土壤參與地球化學循環及氣候變化和控制土壤退化的角度，制定評估目标。

3.2 耕地及草地土壤健康評估方法

對土壤健康的評估需要一(yī)個綜合評價體(tǐ)系，以表征土壤生(shēng)态系統中(zhōng)各項健康指标。然而，基于土壤類型和管理方式的多樣性，且各個評估指标的度量方式也不同，應将各種評估指标進行系統整合，從而計算出土壤健康（質量）的綜合指标。目前應用最廣泛的評估方法是借鑒土壤質量評估研究的思路，首先通過确定重點關注的土壤功能，以構建最小(xiǎo)數據集（Minimum data set，MDS） 的方法建立土壤健康指數（ Soil healthindex，SHI）來評估耕地或草地土壤健康狀況。随着大(dà)數據分(fēn)析的發展，通過層次分(fēn)析與大(dà)數據相結合的方法開(kāi)展土壤健康評估[59]，可進一(yī)步完善早期SHI 構建的方法。由于人類活動對土壤屬性（例如土壤有機碳含量）造成影響并使之發生(shēng)變化，Maharjan 等[60]将未經人類活動幹擾的天然農牧地的土壤屬性作爲基準，通過觀測不同程度人類活動下(xià)，土壤屬性指标的變化與基準土壤相差的程度，判斷土壤健康變化及土壤退化的程度，并稱之爲“土壤健康差距（Soil health gap）”方法。Kuzyakov 等[61]提出“ 土壤質量指數面積（ Soilquality index area，SQI-Area）”方法，利用雷達圖上的面積變化直觀地反映土壤健康的退化強度。在這些研究中(zhōng)，通過将評估結果以更加直觀、簡潔的形式進行表征，可有利于指導耕地及草地開(kāi)展可持續性生(shēng)産和管理活動。

土壤發揮其功能的潛力是土壤健康狀況的重要反映。van Leeuwen 等[62]以土壤提供生(shēng)物(wù)多樣性和栖息地的功能爲出發點，通過構建決策專家模型（Decision expert model，DEX）對耕地和草地土壤進行了健康狀況評估。通過建立基于農牧地土壤健康評價的熵權模糊物(wù)元模型，可克服農牧地土壤健康概念的模糊性和單項指标評價結果的不相容性，避免主觀判斷農用地土壤健康标準的不确定性[63]。借助近紅外(wài)光譜結合多傳感器的手段，提供了一(yī)種時空分(fēn)辨率高、成本低的綜合性土壤健康評估思路方法[64]。

總體(tǐ)而言，盡管對于耕地和草地土壤健康評估的構建方法種類繁多，但評估方法的程序和步驟是相似的。Rinot 等[25]将其歸納爲三個主要步驟（圖 4）：1）指标選取。測量并形成土壤相關屬性的最小(xiǎo)數據集；2）指标賦分(fēn)。通過直接測量并分(fēn)配适當的分(fēn)數來量化所選土壤的屬性；3）體(tǐ)系整合。通過提供用于定義每個屬性或一(yī)組屬性的權重标準，在評分(fēn)屬性之間進行整合以構建最終指标體(tǐ)系。簡言之，構建土壤健康評估方法的核心思想是通過彙集豐富多元的信息開(kāi)展定性、定量或可視化評估，從而更加系統、直觀地表征土壤健康狀況。

3.3 耕地及草地土壤健康評估指标

Rinot 等[25]提出用作土壤健康評估的指标參數應滿足多個标準，包括：1）科學和真實。與土壤健康相關的數據代表了複雜(zá)土壤系統中(zhōng)真實發生(shēng)的化學、生(shēng)物(wù)和物(wù)理過程，這些過程支持了土壤的生(shēng)态系統服務功能；2）敏感性高。可通過檢測手段快速明确土壤管理、土地利用、氣候變化等引起的土壤功能變化；3）可管理、可使用、準确且成本較低。可以在相對較短時間範圍内支撐決策；4）能夠反映土壤功能和管理目标之間的聯系。綜合而言，評估土壤健康通常需要考慮土壤物(wù)理、化學和生(shēng)物(wù)學指标三方面。Bünemann 等[9]通過分(fēn)析總結得出，目前所用到的評估指标主要集中(zhōng)于物(wù)理和化學指标，生(shēng)物(wù)指标涉及較少。圖 5列舉了部分(fēn)耕地和草地土壤健康評估研究中(zhōng)涉及到的評估指标使用頻(pín)率分(fēn)析。

3.3.1 常規性指标 針對耕地土壤健康評估指标選取時，主要是重點圍繞土壤提供并維持作物(wù)生(shēng)産功能的角度開(kāi)展。Jian 等[76]通過整合耕地土壤健康評估指标建立了SoilHealthDB 數據庫，其中(zhōng)包含了全球354 個點位的500 多項研究數據，彙集了42 個土壤健康評估指标和46 個對土壤健康有影響的背景指标（如氣候、土壤類型等），是目前公開(kāi)發布的、數據量較大(dà)的耕地土壤健康指标數據庫。葉思菁等[77]應用地形特征、土壤性狀、耕作條件、環境狀況和生(shēng)物(wù)特性五類指标整合影響耕地健康的關鍵因子，對我(wǒ)國65 個縣（市）的耕地健康狀況進行了評估，通過分(fēn)析不同類型區域耕地保護的重點方向，識别出我(wǒ)國耕地“不健康/亞健康-高産能”的區域。

對草地土壤健康評估時，主要從控制草地土壤退化的角度進行評估指标的選取。Ghimire 等[78]通過選定土壤有機碳、總氮、可礦化碳、可礦化氮、微生(shēng)物(wù)群落（大(dà)小(xiǎo)、活性）等指标，評估半幹旱地區草地在恢複過程中(zhōng)的土壤健康狀況。王麗[75]對我(wǒ)國甯夏不同放(fàng)牧程度的荒漠草原土壤進行了土壤健康評估，認爲選用容重、孔隙度、細菌、脫氫酶、速效鉀等指标更适用于指導草地生(shēng)産。對草地土壤健康指标的研究總體(tǐ)還較爲薄弱，新型評估指标的篩選研究也較爲少見。應充分(fēn)結合草地土壤健康保護的不同目标，發展更加廣泛的評估指标體(tǐ)系。

3.3.2 敏感性指标 在進行土壤健康評估時，涵蓋更多的評估指标會提供更加綜合全面的信息，但會帶來耗時長、成本高、結果分(fēn)析複雜(zá)等諸多問題。同時，有些土壤指标短期内變化緩慢(màn)，無法及時反映土壤健康變化的趨勢。因而，識别出對環境變化響應敏感的指标，對快速了解土壤健康狀況變化十分(fēn)必要。以土壤有機碳爲例，其影響着土壤中(zhōng)許多化學、物(wù)理和生(shēng)物(wù)學特性及過程，是耕地和草地土壤健康最重要的評估指标之一(yī)，然而其在短期内的變化緩慢(màn)[79]。微生(shēng)物(wù)有機碳、溶解性有機碳、易氧化有機碳、輕組有機碳等活性有機碳組分(fēn)對環境變化敏感[79]，是更理想的土壤健康評估指标。Plaza-Bonilla 等[80]提出高錳酸鹽可氧化碳可能是判别耕地農業生(shēng)态系統土壤健康管理措施更加靈敏的指标。van Wesemael 等[81]指出可溶性碳、氮是評價農業管理方式對土壤健康影響的敏感指标。土壤生(shēng)物(wù)直接參與土壤過程，影響土壤生(shēng)态系統服務功能，被認爲是對管理更爲敏感的指标[82-86]。土壤微生(shēng)物(wù)參與元素循環與調控，與土壤健康和作物(wù)生(shēng)産關系極爲密切。最近，朱永官等[43]指出，土壤微生(shēng)物(wù)組可作爲土壤健康的關鍵性評價指标。原生(shēng)動物(wù)作爲土壤健康狀況的敏感指标近年來也得到重視。Lu 等[87]和Bongiorno[67]的研究皆指出土壤線蟲群落是指示土壤健康的重要生(shēng)物(wù)指标；Duran-Bautista 等[88]利用亞馬遜河流域秘魯、哥倫比亞兩國不同土地利用方式下(xià)白(bái)蟻種群及群落變化，以表征耕地土壤健康（質量）變化的趨勢。

3.4 耕地及草地土壤健康評估體(tǐ)系

3.4.1 部分(fēn)國家/地區耕地及草地土壤健康評估體(tǐ)系 目前已有部分(fēn)國家/地區建立了土壤健康（質量）評估體(tǐ)系框架，其大(dà)多可以适用于耕地和草地土壤健康評估。最早由加拿大(dà)在上世紀90 年代提出了評估和監測土壤（健康）計劃[89]。美國在土壤健康評估體(tǐ)系構建方面的研究已累積了較多的成果，其中(zhōng)具有代表性的包括：美國農業部于1995 年開(kāi)發的土壤管理評估框架（Soil ManagementAssessment Framework，SMAF）[90-92]和康奈爾大(dà)學土壤健康團隊于2007 年建立的康奈爾土壤健康評價系統（ Comprehensive Assessment of SoilHealth，CASH）[93-94]。SMAF 和CASH 兩個土壤健

康評估體(tǐ)系在經過了多次更新後已相對完善，并已在美國和國際多個地區的耕地和草地土壤健康評估中(zhōng)得到應用[95-97]。印度農業部借鑒了美國的經驗，建立了土壤健康卡[98-99]來評估耕地土壤健康狀況，指導農民進行合理的農業生(shēng)産活動。新西蘭、法國、英國、澳大(dà)利亞等國也建立了國家（地區）的土壤健康（質量）評估方法體(tǐ)系[100-103]。這些國家所建立的評估體(tǐ)系均明确了針對性的相關利益者目标群、評估目标、應用尺度、評估指标等信息（表 1）。

3.4.2 中(zhōng)國耕地和草地土壤健康評估體(tǐ)系 目前而言，雖然我(wǒ)國還未從國家層面上建立統一(yī)的土壤健康評估體(tǐ)系，但我(wǒ)國一(yī)直緻力于提高和保護農牧地土壤質量，并已形成一(yī)定的基礎理論框架，可以爲今後的工(gōng)作打下(xià)了良好的基礎。張桃林[104]将我(wǒ)國土壤健康管控成效總結爲三個主要方面，即：基于糧食安全的土壤健康管護、基于淨土保衛戰的土壤健康管護及基于土壤健康狀态的監測評價。

首先，爲平衡我(wǒ)國糧食生(shēng)産的供需矛盾，以提高農用地可持續生(shēng)産力爲目标，2012 年開(kāi)展的全國性系統的“多用途區域地球化學調查”[105]，爲我(wǒ)國耕地質量的系統評價、支持與評估土地資(zī)源、保護地表環境和提高農業效率提供了科學決策依據[106]。2016年實施的《耕地質量等級（GB/T 33469-2016）》[107]将耕地由高到低依次劃分(fēn)爲一(yī)至十等，其中(zhōng)納入了土壤清潔程度和土壤生(shēng)物(wù)多樣性指标來表征土壤健康狀況。《2019 年全國耕地質量等級情況公報》[108]公布了全國不同區域耕地質量現狀，針對性地指出了耕地土壤障礙因素，并對加強區域性耕地質量建設提出對策建議。其次，由于我(wǒ)國農牧地土壤污染問題突出[104]，保證農産品質量安全是評估土壤健康的另一(yī)個重要目标。2018 年我(wǒ)國發布了新版《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控标準（試行）》（GB15618-2018）[109]，在原《土壤環境質量标準》（GB15618-1995）的基礎上提出了污染風險篩選值和污染風險管制值兩個新概念，并且新增了關注污染物(wù)項目，總體(tǐ)上堅持推行土壤環境監管“保護優先”及“反退化”的原則，最大(dà)限度保護農用地土壤的生(shēng)态功能，進而保障農産品質量安全。此外(wài)，我(wǒ)國開(kāi)始着力構建數量、質量、生(shēng)态“三位一(yī)體(tǐ)”的耕地保護新格局[110]。以上這些工(gōng)作基礎綜合反映出了我(wǒ)國在農牧地土壤健康維護的範圍及内容方面正在逐漸完善。

未來在建立我(wǒ)國統一(yī)的土壤健康評估體(tǐ)系中(zhōng)，建議考慮以下(xià)兩點：1）充分(fēn)利用前期積累的工(gōng)作基礎，對相關成果進行統一(yī)梳理與整合；2）在制定我(wǒ)國耕地和草地土壤健康評估指标時，除了對土壤生(shēng)産力和污染淨化相關的功能關注之外(wài)，還應進一(yī)步關注農牧地土壤其他功能（如碳循環、生(shēng)物(wù)多樣性維持等），根據不同用地類型在土壤功能需求程度上的差異，從而進行指标權重分(fēn)配和最終的評估，從而建立張江周等[111]提出的建立以協同增産、提質、增效和環保多目标的土壤健康評價體(tǐ)系；3）充分(fēn)考慮到限制土壤健康狀況的主要限制因子（如土壤污染程度、土壤鹽漬化程度等），從而對土壤健康狀況進行更全面的評估與表征。圖6 中(zhōng)，筆者簡要描述了構建我(wǒ)國耕地和草地土壤健康評估體(tǐ)系并列舉了部分(fēn)可供參考選取的指标。

4 展 望

近年來，土壤健康研究的範圍不斷拓寬，評估土壤健康體(tǐ)系的方法和指标也在不斷發展。未來對土壤健康評估體(tǐ)系與指标的研究應在以下(xià)三方面予以加強：

1）将土壤健康和土壤生(shēng)态系統服務緊密聯系。土壤健康狀态決定土壤發揮其生(shēng)态服務（土壤功能）的能力，然而不同農地類型對各種土壤功能的需求存在差異。科學選取土壤功能指标，量化土壤健康狀況與土壤功能的供需狀況還是需要攻克的難點[21]。耕地和草地發揮的土壤生(shēng)态系統服務權重各不相同，所以在開(kāi)展土壤健康評估時應将其重要的生(shēng)态系統服務緊密聯系起來。通過土壤生(shēng)态系統服務功能分(fēn)析，篩選影響土壤健康的關鍵因子，克服由于土壤自然屬性在尺度和空間上的較大(dà)異質性，這對土壤健康的可持續管理模式的選取與構建具有重要意義。在評估指标設計與選取方面，在借鑒國内外(wài)土壤健康評估研究對土壤物(wù)理、化學和生(shēng)物(wù)學性質的強調之外(wài)，還應充分(fēn)考慮到我(wǒ)國耕地破碎化嚴重、耕作技術水平相對不足等國情問題[77]。

2）重視生(shēng)物(wù)學指标在土壤健康評估中(zhōng)的重要性。土壤健康評估的研究應從土壤的物(wù)理健康、化學健康和生(shēng)物(wù)學健康三個維度進行綜合性評估。回顧在過去(qù)十年中(zhōng)的相關研究，生(shēng)物(wù)學指标在土壤健康評估研究中(zhōng)還相對薄弱，是下(xià)一(yī)步需深入研究的前沿。土壤生(shēng)物(wù)在參與op 土壤元素循環、維持土壤生(shēng)态系統平衡、轉化土壤污染物(wù)等諸多重要過程中(zhōng)發揮着重要作用。拓展關于土壤生(shēng)物(wù)學的新知(zhī)識，将深化人們對土壤健康的認識，從而提高農業生(shēng)産的可持續性及生(shēng)産力水平，以扭轉全球土壤退化的趨勢[45]。發展便捷、快速、成本低的工(gōng)具或技術來觀測土壤中(zhōng)的生(shēng)物(wù)健康的特性變化，可成爲實現土壤生(shēng)物(wù)健康管護的重要途徑。借助電(diàn)化學、生(shēng)物(wù)傳感器、芯片等技術，可有效地快速反映土壤生(shēng)物(wù)健康的實時變化[16]。采用被動采樣器（如薄膜擴散技術、道南(nán)膜技術等）并将其應用于快速定量檢測毒素的生(shēng)物(wù)有效性組分(fēn)，而非依靠對環境變化不夠敏感的總含量進行評估，既可以有效地降低成本，且可間接反映生(shēng)物(wù)學指标與土壤健康之間耦合關系。

3）深化學科合作與交融。土壤具有深刻的生(shēng)态、社會、經濟、文化和精神層面價值。正是由于土壤的多重功能，限定于土壤科學本身範疇的傳統研究已不能全面反映土壤健康的整體(tǐ)功能和狀态。近年來，随着信息技術、生(shēng)物(wù)技術、人工(gōng)智能、5G通訊、大(dà)數據、機器學習技術等迅猛發展，通過應用這些高新技術可獲取豐富信息，提供更多土壤屬性信息以及變化預測信息，從而全面深入地表征土壤物(wù)質的多态性、土壤過程的多尺度性和土壤功能的多元性[112-113]等方面，以期進一(yī)步豐富和拓展土壤健康的内涵。此外(wài)，現有的土壤可持續性研究多集中(zhōng)在社會經濟活動（即土壤管理）對土壤健康的影響上，但有關土壤對社會經濟系統影響的研究還較少見。跨學科研究将會促進并形成創新性的耕地和草地土壤可持續利用和管理策略，從而優化土壤健康評估方法，爲最終實現農業和牧業可持續發展目标而助力。