人類文明的發(fā)展離不開對(duì)土壤的依附。土壤健康(Soilhealth)概念的興起和發(fā)展，很大程度上體現(xiàn)了人類在不同歷史發(fā)展時(shí)期對(duì)土壤資源的認(rèn)知水平，也體現(xiàn)了人類對(duì)可持續(xù)性發(fā)展意識(shí)的覺醒與深化。當(dāng)前全球面臨資源約束趨緊、環(huán)境污染嚴(yán)重、生態(tài)系統(tǒng)退化及氣候變化等重大挑戰(zhàn)，在應(yīng)對(duì)這些自然和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的嚴(yán)峻考驗(yàn)時(shí)，土壤都承擔(dān)著重要角色[1]。聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)在2015國際土壤年提出了“健康土壤帶來健康生活”的理念和行動(dòng)，指出只有健康的土壤才能生產(chǎn)健康的食物，進(jìn)而孕育健康的人類與社會(huì)。在此推動(dòng)下，人們意識(shí)到土壤健康對(duì)實(shí)現(xiàn)和促進(jìn)人類可持續(xù)發(fā)展的重要作用，其已逐漸成為被廣泛關(guān)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(guān)研究領(lǐng)域呈現(xiàn)興起態(tài)勢(shì)，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(diǎn)方向主要集中于：土壤生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與土壤有機(jī)碳儲(chǔ)存、土壤生物區(qū)系與生物多樣性、污染物(尤其是重金屬)環(huán)境行為、植物生長、田間耕作措施與肥力提升等方面(圖1c)。農(nóng)牧用地是當(dāng)前地球上最大的土地利用類型，占地球上無冰土地的38%，其中耕地和草地分別約占12%和26%[2]，也是目前土壤健康研究著重關(guān)注的土地利用類型。聚焦于這兩種用地類型，相關(guān)研究的發(fā)文量逐年提升，但圍繞耕地的研究總體多于草地(圖1b)。

中國耕地資源總量僅為1.35億hm2，人均耕地僅0.30hm2(世界人均約0.37hm2)[3]，耕地土壤資源嚴(yán)重不足;與之相對(duì)的是，我國草地面積約2.8～3.93億hm2，占國土面積的40%[4]，草地資源雖較為豐富，但其生產(chǎn)力較低[4]，且過度放牧、亂開濫墾等問題，導(dǎo)致了草地退化、沙化、鹽堿化面積的日益擴(kuò)大，嚴(yán)重?fù)p壞了草地生態(tài)系統(tǒng)[5]。同時(shí)隨著工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的同步發(fā)展，我國農(nóng)牧地退化、資源利用率低和環(huán)境惡化等嚴(yán)重問題也日趨凸顯[6-7]。但與大部分發(fā)達(dá)國家所面臨的處境不同，受制于緊張的農(nóng)牧地資源(尤其是耕地)，我國需要在已經(jīng)被“污染”的土壤上維持生產(chǎn)活動(dòng)，并保證安全的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)出[8]。在此背景下，保障土壤健康是維護(hù)我國農(nóng)牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展和資源生態(tài)環(huán)境安全面臨的重大挑戰(zhàn)。

目前，我國在該領(lǐng)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(duì)土壤健康的內(nèi)涵進(jìn)行梳理，并重點(diǎn)聚焦于耕地和草地兩個(gè)典型的農(nóng)牧地類型，綜述了當(dāng)前這兩種用地類型土壤健康研究的熱點(diǎn)內(nèi)容，同時(shí)對(duì)農(nóng)牧地土壤健康評(píng)估體系進(jìn)行了梳理。結(jié)合該領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了對(duì)未來研究的展望，以期為我國建立健全的農(nóng)牧地土壤健康評(píng)估體系、支持綠色可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)和方法學(xué)基礎(chǔ)。

1“土壤健康”的內(nèi)涵及其發(fā)展

與“土壤健康”相關(guān)的術(shù)語有“土壤肥力”、“土壤質(zhì)量”等。最初，人們用土壤肥力(Soilfertility)指土壤在作物生產(chǎn)中的作用，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(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的適用性[9-10]。隨著研究人員對(duì)人類、動(dòng)(植)物及環(huán)境健康之間相互聯(lián)系認(rèn)識(shí)的逐漸深入，僅側(cè)重于以土壤肥力及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為目的的土壤評(píng)估，已不再完全合適。20世紀(jì)70年代初，提出了土壤質(zhì)量(Soilquality)的概念[11]，成為土壤健康(Soilhealth)一詞的歷史來源。Karlen等[12]于1997年將土壤質(zhì)量定義為“土壤在生態(tài)系統(tǒng)范圍內(nèi)發(fā)揮作用以維持生物生產(chǎn)力，維持環(huán)境質(zhì)量并促進(jìn)動(dòng)植物健康的能力”，它描述了土壤為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)揮作用的背景狀況。

隨著人們對(duì)土壤資源認(rèn)知的不斷拓展和深化，產(chǎn)生了“土壤健康”的概念[13]。雖目前還未有完全統(tǒng)一的定義，但一般認(rèn)為土壤健康是指“土壤在生態(tài)系統(tǒng)和土地利用邊界內(nèi)，發(fā)揮重要生命系統(tǒng)的能力，以維持植物和動(dòng)物的生產(chǎn)力，維持或改善水和空氣質(zhì)量，并促進(jìn)植物生長和動(dòng)物健康”[13]。有學(xué)者認(rèn)為“土壤健康”與“土壤質(zhì)量”在內(nèi)涵上屬同義，兩者之間可相互轉(zhuǎn)換，但也有學(xué)者認(rèn)為兩者涉及的范圍不同、各有側(cè)重：“土壤質(zhì)量”包括土壤對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)水質(zhì)和植物、動(dòng)物健康的影響，通常強(qiáng)調(diào)與人類有關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)或功能[12-14];而“土壤健康”則更側(cè)重生態(tài)屬性，這些屬性具有超出其生產(chǎn)特定作物的質(zhì)量或能力的影響[14]。我國學(xué)者董元華等[15]認(rèn)為土壤健康狀態(tài)應(yīng)更多從土壤生態(tài)系統(tǒng)的角度來考慮，具有生物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為“在特定環(huán)境與目標(biāo)用途下土壤功能可正常運(yùn)轉(zhuǎn)的能力或狀態(tài)，其內(nèi)容應(yīng)包含土壤物理健康或形態(tài)健康、土壤化學(xué)健康/營養(yǎng)健康、土壤生物健康、土壤環(huán)境健康及土壤生態(tài)系統(tǒng)健康五個(gè)層級(jí)”?？梢?，土壤健康涉及和應(yīng)用的范圍和尺度更廣。Lehmann等[16]進(jìn)一步指出土壤健康應(yīng)超出人類健康的范圍，以實(shí)現(xiàn)更可持續(xù)性目標(biāo)，即應(yīng)包括整個(gè)星球健康。為了達(dá)到土壤健康的高階目標(biāo)——應(yīng)對(duì)全球環(huán)境可持續(xù)性挑戰(zhàn)[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，涵蓋了土壤管理相關(guān)的人類文化、金融資本、法律政策、社會(huì)福祉等多個(gè)方面[16]，提供了一種解決人類面臨的環(huán)境問題的理論框架，并將土壤放在這種理論框架的核心位置[18]。

圖2示意了上述幾個(gè)概念之間的關(guān)系。從中可見，在區(qū)分不同的空間應(yīng)用尺度、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能以及利益相關(guān)者的前提下，幾個(gè)概念之間既相互遞進(jìn)，又相互包含。就本文聚焦的耕地和草地兩種農(nóng)用地類型而言，相關(guān)土壤健康研究都會(huì)交叉論述土壤質(zhì)量的內(nèi)容。其原因主要有兩方面：一是由于目前土壤健康相關(guān)研究多數(shù)聚焦于較小尺度的景觀/農(nóng)場(chǎng)、田塊等[19]類別的土地利用類型;二是與耕地和草地密切相關(guān)的土壤功能包括提供初級(jí)生產(chǎn)力、水體調(diào)節(jié)與涵養(yǎng)、碳封存與調(diào)節(jié)、生物多樣性和棲息地供給、養(yǎng)分供給與循環(huán)等[20-21]，主要側(cè)重于與人類有關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)或功能。

2耕地及草地土壤健康的研究熱點(diǎn)主題

根據(jù)WebofScienceTM核心數(shù)據(jù)庫，圍繞“耕地土壤健康”為主題發(fā)文量最多的前三位國家為印度、美國和中國，恰好位列全球耕地面積的前三位[22]，且人口數(shù)量也位居全世界的前三位[23]，說明人口壓力推動(dòng)了國家對(duì)糧食產(chǎn)量及安全的重視，從而形成了對(duì)耕地土壤健康問題的高度關(guān)注。圍繞“草地土壤健康”為主題發(fā)文量最多的前三位國家依次為美國、澳大利亞與中國，草地在此三個(gè)國家中占據(jù)了較大比例的國土面積。

2.1耕地及草地土壤生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與土壤健康

隨著人們對(duì)土壤的認(rèn)識(shí)不再拘泥于單一的生產(chǎn)功能，土壤生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的多樣化開始獲得關(guān)注。楊穎等[24]基于土壤多重功能性，對(duì)我國黃淮海平原的典型農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)開展了耕地土壤健康評(píng)價(jià)研究。吳克寧等[21]利用“木桶結(jié)構(gòu)”形象地闡釋了基于功能與脅迫的農(nóng)牧地土壤健康觀，其中將土壤質(zhì)量類比為木桶容積，將土壤功能類比為組成各個(gè)木桶的木板，將土壤健康看作在環(huán)境脅迫條件下木桶發(fā)揮正常作用的狀態(tài)。土壤健康包括廣泛的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能和角色，通過構(gòu)建“生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)-功能-特性-質(zhì)量維度-指標(biāo)-健康”的理論框架，從而量化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能相關(guān)的土壤固有屬性來評(píng)估土壤健康[25-26]。

判斷土壤健康狀況時(shí)應(yīng)區(qū)分不同的土壤利用目標(biāo)和管理活動(dòng)，并緊密結(jié)合其所側(cè)重的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、管理目標(biāo)及政策向?qū)А８鶕?jù)人為管理目標(biāo)和自然條件等基礎(chǔ)信息，Zwetsloot等[27]針對(duì)跨越五個(gè)氣候區(qū)的13個(gè)國家在內(nèi)的耕地、草地兩種利用類型，開展了五種土壤功能(初級(jí)生產(chǎn)力、水調(diào)節(jié)和凈化、氣候調(diào)節(jié)、土壤生物多樣性和養(yǎng)分循環(huán))的評(píng)估。其結(jié)果證實(shí)，考慮到政策和管理措施的差異，對(duì)不同土壤功能之間的協(xié)同作用進(jìn)行權(quán)衡判別，最終可實(shí)現(xiàn)對(duì)多種土壤功能的科學(xué)性評(píng)估和管理。此外，在脅迫條件下能否正常發(fā)揮其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是土壤健康狀況的重要表現(xiàn)。趙瑞等[28]探討了重金屬污染狀態(tài)下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(gòu)建了耕地土壤健康評(píng)價(jià)矩陣。通過識(shí)別限制耕地土壤功能的主要因素，有利于實(shí)現(xiàn)耕地土壤健康資源的精細(xì)化風(fēng)險(xiǎn)管理，有助于耕地土壤資源管護(hù)及可持續(xù)性利用。

2.2耕地及草地可持續(xù)田間管理與土壤健康

人類生產(chǎn)活動(dòng)離不開農(nóng)牧業(yè)土壤的支撐，科學(xué)合理可持續(xù)的田間管理是維系人類命運(yùn)與土壤健康的核心目標(biāo)之一。其中，土壤肥力管理是影響耕地及牧場(chǎng)草地生產(chǎn)力和可持續(xù)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。大量的研究已表明，有機(jī)肥可從增加土壤有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分含量[29-30]、改良土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤生物多樣性等[31]多個(gè)維度綜合提升土壤健康水平。然而，外源肥料過量輸入?yún)s會(huì)帶來增產(chǎn)效果削弱、環(huán)境污染加重等諸多負(fù)面效應(yīng)[32-33]。將農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中產(chǎn)生的物質(zhì)進(jìn)行循環(huán)利用，對(duì)于提升土壤健康也頗有助益。其中，秸稈還田是最常見的方式之一，通過秸稈還田，改善了土壤性質(zhì)(如有機(jī)質(zhì)、土壤酶活性等指標(biāo))，并提高了作物產(chǎn)量[34-35]。此外，在牧業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中產(chǎn)生的廢棄物再利用也開始受到關(guān)注。譬如，將牧場(chǎng)養(yǎng)殖活動(dòng)中產(chǎn)生的廢羊毛進(jìn)行收集后，再用作養(yǎng)殖飼料及牧草生長有機(jī)肥的來源，補(bǔ)充動(dòng)物營養(yǎng)同時(shí)促進(jìn)土壤養(yǎng)分，從而改善草地土壤健康[36]。

合理調(diào)節(jié)田間耕種強(qiáng)度可以保水保肥，也是保持土壤健康和促進(jìn)耕地土壤可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要的田間管理手段之一。正如從奧地利的三個(gè)25年長期定位試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，適度降低耕種強(qiáng)度可以顯著降低區(qū)域內(nèi)地表徑流、阻控土壤侵蝕，同時(shí)還提高了表層0～10cm土壤有機(jī)碳含量[37]。此外，結(jié)合更廣泛的綜合性管理手段，是高集約化條件下保持農(nóng)牧地可持續(xù)性生產(chǎn)的有效手段。例如，可將保護(hù)性耕作與合理施入有機(jī)肥料的手段有效結(jié)合起來。Hao等[38]發(fā)現(xiàn)在長期小麥-玉米輪作的高集約化生產(chǎn)模式下，采用深層土壤耕作與全量秸稈還田相結(jié)合的方式可以有效地調(diào)節(jié)農(nóng)田土壤微生物群落，同時(shí)提高了土壤碳固存能力。從大量研究可以看出，人類的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)與保護(hù)土壤健康狀態(tài)的目標(biāo)并不沖突，采取適宜得當(dāng)?shù)奶镩g管理模式有利于加速營養(yǎng)元素循環(huán)，增強(qiáng)土壤生態(tài)系統(tǒng)活力，從而達(dá)到提高農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)力，扭轉(zhuǎn)土壤退化態(tài)勢(shì)，提升土壤健康的目標(biāo)，最終可有效緩解當(dāng)前全球糧食安全面臨的巨大挑戰(zhàn)。

2.3耕地及草地土壤生物區(qū)系及其多樣性與土壤健康

土壤健康研究最重要的進(jìn)步之一是在土壤管理中增加了生物學(xué)觀點(diǎn)，以應(yīng)對(duì)作物生產(chǎn)的長期可持續(xù)性挑戰(zhàn)[16]。土壤生物區(qū)系包括細(xì)菌、真菌、原生生物和無脊椎動(dòng)物等，為了維持土壤的多功能性，不同類群的土壤生物承擔(dān)著不同的作用，通過相互之間的作用，確保了陸地生態(tài)系統(tǒng)功能的良好運(yùn)轉(zhuǎn)[39-40]。土壤無脊椎動(dòng)物(如環(huán)節(jié)動(dòng)物、節(jié)肢動(dòng)物、節(jié)肢動(dòng)物和扁蟲)能處理大量的植物和動(dòng)物碎屑[41]，并最終決定新鮮物質(zhì)資源在土壤食物網(wǎng)中轉(zhuǎn)化的潛在速率[39]。土壤微型生物(包括原生生物、細(xì)菌、真菌等)通過自身代謝參與元素循環(huán)和污染物降解等過程，同時(shí)在增強(qiáng)根際免疫，提高土壤肥力和作物產(chǎn)量方面扮演關(guān)鍵的角色，對(duì)土壤健康乃至人類健康具有重要意義[42]，但仍依賴于大型土壤生物群的活動(dòng)[43]。此外，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(diào)控微生物群落結(jié)構(gòu)組成、影響土壤元素循環(huán)利用、促進(jìn)生物進(jìn)化、以及影響動(dòng)植物病害乃至人類健康等方面可能起著重要的作用。

土壤生物多樣性體現(xiàn)了土壤作為一個(gè)生命體的活力狀態(tài)。更加多樣化的土壤生物群落有利于增加高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)作物所需的養(yǎng)分，保護(hù)農(nóng)作物免受害蟲、病原體、雜草的侵害，并緩解作物生產(chǎn)過程中面臨的生境脅迫因素(如干旱)[45-46]。Fan等[47]發(fā)現(xiàn)在長期有機(jī)肥和化肥合理配施的情況下，土壤關(guān)鍵類群的群落多樣性增強(qiáng)。一方面可以正向積極調(diào)節(jié)多種參與碳、氮、磷、硫等與植物生長和營養(yǎng)物循環(huán)相關(guān)的功能基因的變化，從而提高作物生產(chǎn)力。另一方面，土壤微生物群落多樣性增加抑制了病原體并激活更多有益和耐受的微生物，降低病蟲害的侵襲。與之相反的，土壤生物區(qū)系多樣性降低或喪失，會(huì)造成土壤生態(tài)系統(tǒng)平衡狀況受損，并帶來其他的環(huán)境負(fù)面效應(yīng)。例如，Wagg等[48]通過草地土壤模型研究發(fā)現(xiàn)，土壤生物群落多樣性的降低使草地中植物及土壤生物多樣性(微生物和動(dòng)物群)降低，同時(shí)還使磷的浸出增加，溫室氣體的排放量上升，增加了生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。然而，要量化和管理土壤生物區(qū)系及其多樣性，并將其作為土壤健康管理目標(biāo)的一部分還存在很大的挑戰(zhàn)，這可能是由于：1)多數(shù)生

物指標(biāo)的測(cè)定耗時(shí)較長，技術(shù)要求和成本較高，不易推廣使用[49];2)土壤生物種類多、數(shù)量大、變化快，且在一定程度上存在功能冗余性，為定量化生物指標(biāo)帶來了困難[50];3)生物區(qū)系與土壤功能之間的關(guān)系還難以量化[16];4)土壤健康和生物學(xué)指標(biāo)變化的因果關(guān)系尚不明晰[42]。

2.4耕地及草地土壤污染與土壤健康

土壤污染影響食物安全、生物安全、人體健康等多個(gè)方面。快速的工業(yè)化發(fā)展、高強(qiáng)度的人為活動(dòng)，以及不合理的人為管理措施導(dǎo)致并加重了農(nóng)牧地土壤污染問題，對(duì)土壤健康造成了嚴(yán)重的威脅。據(jù)2014年發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》[51]數(shù)據(jù)顯示，我國耕地土壤污染物的點(diǎn)位超標(biāo)率高達(dá)19.4%，草地土壤的點(diǎn)位超標(biāo)率為10.4%，危及耕地草地環(huán)境安全和生態(tài)系統(tǒng)健康[52]。常見土壤污染物包括重金屬、除草劑、殺蟲劑、抗生素及抗性基因、微塑料、多環(huán)芳烴等。此外，有些土壤還面臨病原菌、病毒等生物性污染的威脅[52]。土壤污染會(huì)影響到土壤功能，如過量施用的化肥隨地表徑流導(dǎo)致重要水體的富營養(yǎng)化，影響土壤參與水質(zhì)調(diào)節(jié)的功能[53]。有機(jī)肥的大量施用造成農(nóng)牧地土壤中重金屬、抗生素及其抗性基因等污染物的復(fù)合污染問題，使土壤污染趨于多樣化和復(fù)雜化，導(dǎo)致土壤微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變[54]，微生物呼吸、酶活性等活性指標(biāo)顯著降低，土壤微生物活力受到顯著抑制[55]。

農(nóng)牧地土壤污染物，如重金屬，通過植物根系吸收，在耕地農(nóng)作物及草地牧草中富集，再通過食物鏈影響農(nóng)牧產(chǎn)品品質(zhì)，最終影響人體健康[56]。對(duì)于土壤中的生物污染物如病原體、致病真菌，其產(chǎn)生的真菌毒素可能污染植物產(chǎn)品，最終可引發(fā)動(dòng)物和人類的急性和慢性疾病[57]。此外，土壤中生存著的寄生蟲，如血吸蟲和蠕蟲可在人體腸道中傳播，造成慢性疼痛、腹瀉和營養(yǎng)不良等癥狀[58]。聯(lián)合國提出的全球可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)(SDGs)中有13項(xiàng)與土壤直接或間接有關(guān)，消除土壤污染是達(dá)到其中SDG2“零饑餓”、SDG3“良好健康與福祉”等幾項(xiàng)目標(biāo)的重要途徑和手段?？梢?，加強(qiáng)土壤污染防治對(duì)維持農(nóng)牧地可持續(xù)生產(chǎn)，維護(hù)土壤健康，以及保障人類健康具有重大意義。

3耕地及草地土壤健康評(píng)估體系

3.1耕地及草地土壤健康評(píng)估目標(biāo)

對(duì)已發(fā)表文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞進(jìn)行聚類分析可以發(fā)現(xiàn)(圖3)，耕地土壤健康評(píng)估主要聚焦于：田間耕作方式及田間管理措施對(duì)土壤健康的影響、對(duì)土壤肥力及其對(duì)植物生產(chǎn)力的影響、土壤有機(jī)質(zhì)(碳)與土壤健康間的聯(lián)系、土壤生物區(qū)系與多樣性、土壤微量元素及其有效性等五個(gè)方面;而對(duì)于草地土壤健康評(píng)估，主要聚焦于物質(zhì)循環(huán)(碳元素為主)和生物區(qū)系與多樣性兩大主題;另有部分研究，聚焦于牧場(chǎng)草地管理及其與氣候變化關(guān)系上。由此，對(duì)不同土地利用類型土壤進(jìn)行健康評(píng)估時(shí)，評(píng)估目標(biāo)的制定會(huì)存在差異。就耕地土壤而言，主要是從土壤維持作物可持續(xù)性生產(chǎn)力的支持功能，保證作物安全產(chǎn)出的角度，設(shè)定土壤健康評(píng)估目標(biāo);而對(duì)于草地土壤而言，更多的是從土壤參與地球化學(xué)循環(huán)及氣候變化和控制土壤退化的角度，制定評(píng)估目標(biāo)。

3.2耕地及草地土壤健康評(píng)估方法

對(duì)土壤健康的評(píng)估需要一個(gè)綜合評(píng)價(jià)體系，以表征土壤生態(tài)系統(tǒng)中各項(xiàng)健康指標(biāo)。然而，基于土壤類型和管理方式的多樣性，且各個(gè)評(píng)估指標(biāo)的度量方式也不同，應(yīng)將各種評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)整合，從而計(jì)算出土壤健康(質(zhì)量)的綜合指標(biāo)。目前應(yīng)用最廣泛的評(píng)估方法是借鑒土壤質(zhì)量評(píng)估研究的思路，首先通過確定重點(diǎn)關(guān)注的土壤功能，以構(gòu)建最小數(shù)據(jù)集(Minimumdataset，MDS)的方法建立土壤健康指數(shù)(Soilhealthindex，SHI)來評(píng)估耕地或草地土壤健康狀況。隨著大數(shù)據(jù)分析的發(fā)展，通過層次分析與大數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法開展土壤健康評(píng)估[59]，可進(jìn)一步完善早期SHI構(gòu)建的方法。由于人類活動(dòng)對(duì)土壤屬性(例如土壤有機(jī)碳含量)造成影響并使之發(fā)生變化，Maharjan等[60]將未經(jīng)人類活動(dòng)干擾的天然農(nóng)牧地的土壤屬性作為基準(zhǔn)，通過觀測(cè)不同程度人類活動(dòng)下，土壤屬性指標(biāo)的變化與基準(zhǔn)土壤相差的程度，判斷土壤健康變化及土壤退化的程度，并稱之為“土壤健康差距(Soilhealthgap)”方法。Kuzyakov等[61]提出“土壤質(zhì)量指數(shù)面積(Soilqualityindexarea，SQI-Area)”方法，利用雷達(dá)圖上的面積變化直觀地反映土壤健康的退化強(qiáng)度。在這些研究中，通過將評(píng)估結(jié)果以更加直觀、簡潔的形式進(jìn)行表征，可有利于指導(dǎo)耕地及草地開展可持續(xù)性生產(chǎn)和管理活動(dòng)。

土壤發(fā)揮其功能的潛力是土壤健康狀況的重要反映。vanLeeuwen等[62]以土壤提供生物多樣性和棲息地的功能為出發(fā)點(diǎn)，通過構(gòu)建決策專家模型(Decisionexpertmodel，DEX)對(duì)耕地和草地土壤進(jìn)行了健康狀況評(píng)估。通過建立基于農(nóng)牧地土壤健康評(píng)價(jià)的熵權(quán)模糊物元模型，可克服農(nóng)牧地土壤健康概念的模糊性和單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果的不相容性，避免主觀判斷農(nóng)用地土壤健康標(biāo)準(zhǔn)的不確定性[63]。借助近紅外光譜結(jié)合多傳感器的手段，提供了一種時(shí)空分辨率高、成本低的綜合性土壤健康評(píng)估思路方法[64]。

總體而言，盡管對(duì)于耕地和草地土壤健康評(píng)估的構(gòu)建方法種類繁多，但評(píng)估方法的程序和步驟是相似的。Rinot等[25]將其歸納為三個(gè)主要步驟(圖4)：1)指標(biāo)選取。測(cè)量并形成土壤相關(guān)屬性的最小數(shù)據(jù)集;2)指標(biāo)賦分。通過直接測(cè)量并分配適當(dāng)?shù)姆謹(jǐn)?shù)來量化所選土壤的屬性;3)體系整合。通過提供用于定義每個(gè)屬性或一組屬性的權(quán)重標(biāo)準(zhǔn)，在評(píng)分屬性之間進(jìn)行整合以構(gòu)建最終指標(biāo)體系。簡言之，構(gòu)建土壤健康評(píng)估方法的核心思想是通過匯集豐富多元的信息開展定性、定量或可視化評(píng)估，從而更加系統(tǒng)、直觀地表征土壤健康狀況。

3.3耕地及草地土壤健康評(píng)估指標(biāo)

Rinot等[25]提出用作土壤健康評(píng)估的指標(biāo)參數(shù)應(yīng)滿足多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，包括：1)科學(xué)和真實(shí)。與土壤健康相關(guān)的數(shù)據(jù)代表了復(fù)雜土壤系統(tǒng)中真實(shí)發(fā)生的化學(xué)、生物和物理過程，這些過程支持了土壤的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能;2)敏感性高?？赏ㄟ^檢測(cè)手段快速明確土壤管理、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(zhǔn)確且成本較低?？梢栽谙鄬?duì)較短時(shí)間范圍內(nèi)支撐決策;4)能夠反映土壤功能和管理目標(biāo)之間的聯(lián)系。綜合而言，評(píng)估土壤健康通常需要考慮土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)指標(biāo)三方面。Bünemann等[9]通過分析總結(jié)得出，目前所用到的評(píng)估指標(biāo)主要集中于物理和化學(xué)指標(biāo)，生物指標(biāo)涉及較少。圖5列舉了部分耕地和草地土壤健康評(píng)估研究中涉及到的評(píng)估指標(biāo)使用頻率分析。

3.3.1常規(guī)性指標(biāo)針對(duì)耕地土壤健康評(píng)估指標(biāo)選取時(shí)，主要是重點(diǎn)圍繞土壤提供并維持作物生產(chǎn)功能的角度開展。Jian等[76]通過整合耕地土壤健康評(píng)估指標(biāo)建立了SoilHealthDB數(shù)據(jù)庫，其中包含了全球354個(gè)點(diǎn)位的500多項(xiàng)研究數(shù)據(jù)，匯集了42個(gè)土壤健康評(píng)估指標(biāo)和46個(gè)對(duì)土壤健康有影響的背景指標(biāo)(如氣候、土壤類型等)，是目前公開發(fā)布的、數(shù)據(jù)量較大的耕地土壤健康指標(biāo)數(shù)據(jù)庫。葉思菁等[77]應(yīng)用地形特征、土壤性狀、耕作條件、環(huán)境狀況和生物特性五類指標(biāo)整合影響耕地健康的關(guān)鍵因子，對(duì)我國65個(gè)縣(市)的耕地健康狀況進(jìn)行了評(píng)估，通過分析不同類型區(qū)域耕地保護(hù)的重點(diǎn)方向，識(shí)別出我國耕地“不健康/亞健康-高產(chǎn)能”的區(qū)域。

對(duì)草地土壤健康評(píng)估時(shí)，主要從控制草地土壤退化的角度進(jìn)行評(píng)估指標(biāo)的選取。Ghimire等[78]通過選定土壤有機(jī)碳、總氮、可礦化碳、可礦化氮、微生物群落(大小、活性)等指標(biāo)，評(píng)估半干旱地區(qū)草地在恢復(fù)過程中的土壤健康狀況。王麗[75]對(duì)我國寧夏不同放牧程度的荒漠草原土壤進(jìn)行了土壤健康評(píng)估，認(rèn)為選用容重、孔隙度、細(xì)菌、脫氫酶、速效鉀等指標(biāo)更適用于指導(dǎo)草地生產(chǎn)。對(duì)草地土壤健康指標(biāo)的研究總體還較為薄弱，新型評(píng)估指標(biāo)的篩選研究也較為少見。應(yīng)充分結(jié)合草地土壤健康保護(hù)的不同目標(biāo)，發(fā)展更加廣泛的評(píng)估指標(biāo)體系。

3.3.2敏感性指標(biāo)在進(jìn)行土壤健康評(píng)估時(shí)，涵蓋更多的評(píng)估指標(biāo)會(huì)提供更加綜合全面的信息，但會(huì)帶來耗時(shí)長、成本高、結(jié)果分析復(fù)雜等諸多問題。同時(shí)，有些土壤指標(biāo)短期內(nèi)變化緩慢，無法及時(shí)反映土壤健康變化的趨勢(shì)。因而，識(shí)別出對(duì)環(huán)境變化響應(yīng)敏感的指標(biāo)，對(duì)快速了解土壤健康狀況變化十分必要。以土壤有機(jī)碳為例，其影響著土壤中許多化學(xué)、物理和生物學(xué)特性及過程，是耕地和草地土壤健康最重要的評(píng)估指標(biāo)之一，然而其在短期內(nèi)的變化緩慢[79]。微生物有機(jī)碳、溶解性有機(jī)碳、易氧化有機(jī)碳、輕組有機(jī)碳等活性有機(jī)碳組分對(duì)環(huán)境變化敏感[79]，是更理想的土壤健康評(píng)估指標(biāo)。Plaza-Bonilla等[80]提出高錳酸鹽可氧化碳可能是判別耕地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)土壤健康管理措施更加靈敏的指標(biāo)。vanWesemael等[81]指出可溶性碳、氮是評(píng)價(jià)農(nóng)業(yè)管理方式對(duì)土壤健康影響的敏感指標(biāo)。土壤生物直接參與土壤過程，影響土壤生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，被認(rèn)為是對(duì)管理更為敏感的指標(biāo)[82-86]。土壤微生物參與元素循環(huán)與調(diào)控，與土壤健康和作物生產(chǎn)關(guān)系極為密切。最近，朱永官等[43]指出，土壤微生物組可作為土壤健康的關(guān)鍵性評(píng)價(jià)指標(biāo)。原生動(dòng)物作為土壤健康狀況的敏感指標(biāo)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物指標(biāo);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白蟻種群及群落變化，以表征耕地土壤健康(質(zhì)量)變化的趨勢(shì)。

3.4耕地及草地土壤健康評(píng)估體系

3.4.1部分國家/地區(qū)耕地及草地土壤健康評(píng)估體系目前已有部分國家/地區(qū)建立了土壤健康(質(zhì)量)評(píng)估體系框架，其大多可以適用于耕地和草地土壤健康評(píng)估。最早由加拿大在上世紀(jì)90年代提出了評(píng)估和監(jiān)測(cè)土壤(健康)計(jì)劃[89]。美國在土壤健康評(píng)估體系構(gòu)建方面的研究已累積了較多的成果，其中具有代表性的包括：美國農(nóng)業(yè)部于1995年開發(fā)的土壤管理評(píng)估框架(SoilManagementAssessmentFramework，SMAF)[90-92]和康奈爾大學(xué)土壤健康團(tuán)隊(duì)于2007年建立的康奈爾土壤健康評(píng)價(jià)系統(tǒng)(ComprehensiveAssessmentofSoilHealth，CASH)[93-94]。SMAF和CASH兩個(gè)土壤健

康評(píng)估體系在經(jīng)過了多次更新后已相對(duì)完善，并已在美國和國際多個(gè)地區(qū)的耕地和草地土壤健康評(píng)估中得到應(yīng)用[95-97]。印度農(nóng)業(yè)部借鑒了美國的經(jīng)驗(yàn)，建立了土壤健康卡[98-99]來評(píng)估耕地土壤健康狀況，指導(dǎo)農(nóng)民進(jìn)行合理的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)。新西蘭、法國、英國、澳大利亞等國也建立了國家(地區(qū))的土壤健康(質(zhì)量)評(píng)估方法體系[100-103]。這些國家所建立的評(píng)估體系均明確了針對(duì)性的相關(guān)利益者目標(biāo)群、評(píng)估目標(biāo)、應(yīng)用尺度、評(píng)估指標(biāo)等信息(表1)。

3.4.2中國耕地和草地土壤健康評(píng)估體系目前而言，雖然我國還未從國家層面上建立統(tǒng)一的土壤健康評(píng)估體系，但我國一直致力于提高和保護(hù)農(nóng)牧地土壤質(zhì)量，并已形成一定的基礎(chǔ)理論框架，可以為今后的工作打下了良好的基礎(chǔ)。張?zhí)伊諿104]將我國土壤健康管控成效總結(jié)為三個(gè)主要方面，即：基于糧食安全的土壤健康管護(hù)、基于凈土保衛(wèi)戰(zhàn)的土壤健康管護(hù)及基于土壤健康狀態(tài)的監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)。

首先，為平衡我國糧食生產(chǎn)的供需矛盾，以提高農(nóng)用地可持續(xù)生產(chǎn)力為目標(biāo)，2012年開展的全國性系統(tǒng)的“多用途區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查”[105]，為我國耕地質(zhì)量的系統(tǒng)評(píng)價(jià)、支持與評(píng)估土地資源、保護(hù)地表環(huán)境和提高農(nóng)業(yè)效率提供了科學(xué)決策依據(jù)[106]。2016年實(shí)施的《耕地質(zhì)量等級(jí)(GB/T33469-2016)》[107]將耕地由高到低依次劃分為一至十等，其中納入了土壤清潔程度和土壤生物多樣性指標(biāo)來表征土壤健康狀況?！?019年全國耕地質(zhì)量等級(jí)情況公報(bào)》[108]公布了全國不同區(qū)域耕地質(zhì)量現(xiàn)狀，針對(duì)性地指出了耕地土壤障礙因素，并對(duì)加強(qiáng)區(qū)域性耕地質(zhì)量建設(shè)提出對(duì)策建議。其次，由于我國農(nóng)牧地土壤污染問題突出[104]，保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全是評(píng)估土壤健康的另一個(gè)重要目標(biāo)。2018年我國發(fā)布了新版《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB15618-2018)[109]，在原《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-1995)的基礎(chǔ)上提出了污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值和污染風(fēng)險(xiǎn)管制值兩個(gè)新概念，并且新增了關(guān)注污染物項(xiàng)目，總體上堅(jiān)持推行土壤環(huán)境監(jiān)管“保護(hù)優(yōu)先”及“反退化”的原則，最大限度保護(hù)農(nóng)用地土壤的生態(tài)功能，進(jìn)而保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全。此外，我國開始著力構(gòu)建數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)“三位一體”的耕地保護(hù)新格局[110]。以上這些工作基礎(chǔ)綜合反映出了我國在農(nóng)牧地土壤健康維護(hù)的范圍及內(nèi)容方面正在逐漸完善。

未來在建立我國統(tǒng)一的土壤健康評(píng)估體系中，建議考慮以下兩點(diǎn)：1)充分利用前期積累的工作基礎(chǔ)，對(duì)相關(guān)成果進(jìn)行統(tǒng)一梳理與整合;2)在制定我國耕地和草地土壤健康評(píng)估指標(biāo)時(shí)，除了對(duì)土壤生產(chǎn)力和污染凈化相關(guān)的功能關(guān)注之外，還應(yīng)進(jìn)一步關(guān)注農(nóng)牧地土壤其他功能(如碳循環(huán)、生物多樣性維持等)，根據(jù)不同用地類型在土壤功能需求程度上的差異，從而進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重分配和最終的評(píng)估，從而建立張江周等[111]提出的建立以協(xié)同增產(chǎn)、提質(zhì)、增效和環(huán)保多目標(biāo)的土壤健康評(píng)價(jià)體系;3)充分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(duì)土壤健康狀況進(jìn)行更全面的評(píng)估與表征。圖6中，筆者簡要描述了構(gòu)建我國耕地和草地土壤健康評(píng)估體系并列舉了部分可供參考選取的指標(biāo)。

4展望

近年來，土壤健康研究的范圍不斷拓寬，評(píng)估土壤健康體系的方法和指標(biāo)也在不斷發(fā)展。未來對(duì)土壤健康評(píng)估體系與指標(biāo)的研究應(yīng)在以下三方面予以加強(qiáng)：

1)將土壤健康和土壤生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)緊密聯(lián)系。土壤健康狀態(tài)決定土壤發(fā)揮其生態(tài)服務(wù)(土壤功能)的能力，然而不同農(nóng)地類型對(duì)各種土壤功能的需求存在差異。科學(xué)選取土壤功能指標(biāo)，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(diǎn)[21]。耕地和草地發(fā)揮的土壤生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)重各不相同，所以在開展土壤健康評(píng)估時(shí)應(yīng)將其重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)緊密聯(lián)系起來。通過土壤生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能分析，篩選影響土壤健康的關(guān)鍵因子，克服由于土壤自然屬性在尺度和空間上的較大異質(zhì)性，這對(duì)土壤健康的可持續(xù)管理模式的選取與構(gòu)建具有重要意義。在評(píng)估指標(biāo)設(shè)計(jì)與選取方面，在借鑒國內(nèi)外土壤健康評(píng)估研究對(duì)土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)的強(qiáng)調(diào)之外，還應(yīng)充分考慮到我國耕地破碎化嚴(yán)重、耕作技術(shù)水平相對(duì)不足等國情問題[77]。

2)重視生物學(xué)指標(biāo)在土壤健康評(píng)估中的重要性。土壤健康評(píng)估的研究應(yīng)從土壤的物理健康、化學(xué)健康和生物學(xué)健康三個(gè)維度進(jìn)行綜合性評(píng)估?；仡櫾谶^去十年中的相關(guān)研究，生物學(xué)指標(biāo)在土壤健康評(píng)估研究中還相對(duì)薄弱，是下一步需深入研究的前沿。土壤生物在參與op土壤元素循環(huán)、維持土壤生態(tài)系統(tǒng)平衡、轉(zhuǎn)化土壤污染物等諸多重要過程中發(fā)揮著重要作用。拓展關(guān)于土壤生物學(xué)的新知識(shí)，將深化人們對(duì)土壤健康的認(rèn)識(shí)，從而提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)性及生產(chǎn)力水平，以扭轉(zhuǎn)全球土壤退化的趨勢(shì)[45]。發(fā)展便捷、快速、成本低的工具或技術(shù)來觀測(cè)土壤中的生物健康的特性變化，可成為實(shí)現(xiàn)土壤生物健康管護(hù)的重要途徑。借助電化學(xué)、生物傳感器、芯片等技術(shù)，可有效地快速反映土壤生物健康的實(shí)時(shí)變化[16]。采用被動(dòng)采樣器(如薄膜擴(kuò)散技術(shù)、道南膜技術(shù)等)并將其應(yīng)用于快速定量檢測(cè)毒素的生物有效性組分，而非依靠對(duì)環(huán)境變化不夠敏感的總含量進(jìn)行評(píng)估，既可以有效地降低成本，且可間接反映生物學(xué)指標(biāo)與土壤健康之間耦合關(guān)系。

3)深化學(xué)科合作與交融。土壤具有深刻的生態(tài)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、文化和精神層面價(jià)值。正是由于土壤的多重功能，限定于土壤科學(xué)本身范疇的傳統(tǒng)研究已不能全面反映土壤健康的整體功能和狀態(tài)。近年來，隨著信息技術(shù)、生物技術(shù)、人工智能、5G通訊、大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)等迅猛發(fā)展，通過應(yīng)用這些高新技術(shù)可獲取豐富信息，提供更多土壤屬性信息以及變化預(yù)測(cè)信息，從而全面深入地表征土壤物質(zhì)的多態(tài)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(jìn)一步豐富和拓展土壤健康的內(nèi)涵。此外，現(xiàn)有的土壤可持續(xù)性研究多集中在社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)(即土壤管理)對(duì)土壤健康的影響上，但有關(guān)土壤對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)影響的研究還較少見。跨學(xué)科研究將會(huì)促進(jìn)并形成創(chuàng)新性的耕地和草地土壤可持續(xù)利用和管理策略，從而優(yōu)化土壤健康評(píng)估方法，為最終實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)和牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)而助力。