農(nóng)業(yè)土壤健康評(píng)價(jià)體系研究進(jìn)展

王懷嵩，張 濤

(東北師范大學(xué)草地科學(xué)研究所/ 植被生態(tài)科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/ 吉林松嫩草地生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，吉林 長(zhǎng)春 130024)

由于人類(lèi)活動(dòng)(如土地利用和管理等)干擾的加劇，導(dǎo)致土壤發(fā)生退化和土壤功能顯著下降[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球約33%的土壤發(fā)生了不同程度的退化現(xiàn)象，其中，近一半的土壤退化屬于中度退化，且這種趨勢(shì)還在不斷蔓延，土壤的嚴(yán)重退化影響著農(nóng)業(yè)的可持續(xù)生產(chǎn)[2]。我國(guó)是人口大國(guó)，人均耕地較少，土壤質(zhì)量普遍不高，而且部分地區(qū)土壤退化現(xiàn)象十分嚴(yán)重[3]，作為中國(guó)農(nóng)牧產(chǎn)品主要產(chǎn)區(qū)的東北黑土區(qū)和北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶也面臨著嚴(yán)重的土壤退化問(wèn)題，嚴(yán)重威脅著國(guó)家糧食安全和生態(tài)安全。隨著黑土的日益退化，部分高產(chǎn)農(nóng)田已成為中低產(chǎn)田，降低了黑土的生產(chǎn)力，嚴(yán)重制約了我國(guó)糧食生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。2020年7月習(xí)近平總書(shū)記在考察吉林時(shí)強(qiáng)調(diào)，一定要采取有效措施保護(hù)好黑土地這一“耕地中的大熊貓”。國(guó)家科技部也于2021年啟動(dòng)“黑土地保護(hù)”重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)課題。因此，掌握農(nóng)業(yè)土壤健康狀況及其影響因素，實(shí)現(xiàn)耕地土壤健康管護(hù)，對(duì)保障我國(guó)糧食安全和建設(shè)生態(tài)文明具有緊迫的現(xiàn)實(shí)意義[4]。該文綜述了國(guó)內(nèi)外土壤健康評(píng)價(jià)體系應(yīng)用現(xiàn)狀并總結(jié)了現(xiàn)有土壤健康評(píng)價(jià)體系在農(nóng)業(yè)管理實(shí)踐中的應(yīng)用，以此探討土壤健康評(píng)價(jià)體系在中國(guó)的發(fā)展趨勢(shì)?？偨Y(jié)分析了在維護(hù)我國(guó)農(nóng)業(yè)土壤健康方面存在的問(wèn)題及解決途徑，旨在為促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)土壤健康、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)提供理論支持。

1 土壤健康的概念及提出

土壤是陸生生物賴(lài)以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是陸地生態(tài)系統(tǒng)為植物生長(zhǎng)提供能量交換與肥力養(yǎng)分的主要場(chǎng)所[5]。自20世紀(jì)70年代開(kāi)始就已出現(xiàn)土壤質(zhì)量的概念，80—90年代土壤質(zhì)量成為研究熱點(diǎn)，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛。土壤質(zhì)量是指土壤在一定的生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)提供生命所必需的養(yǎng)分和生產(chǎn)生物物質(zhì)的能力，容納、降解、凈化污染物質(zhì)和維護(hù)生態(tài)平衡的能力，影響并促進(jìn)植物、動(dòng)物和人類(lèi)生命安全及健康能力的綜合度量[6]。早期有學(xué)者認(rèn)為土壤質(zhì)量和土壤健康是同義詞，但這一觀念受到質(zhì)疑。與土壤質(zhì)量相比，土壤健康更多地加入了土壤的生態(tài)屬性，這些屬性具有超出其質(zhì)量或生產(chǎn)特定作物的能力。這些屬性主要是與土壤生物相關(guān)的屬性，包括土壤生物多樣性、土壤食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)、土壤生態(tài)功能[7]。這些學(xué)者認(rèn)為“土壤健康”一詞涵蓋了土壤的生命和動(dòng)態(tài)特性，并將其與土壤質(zhì)量區(qū)分開(kāi)來(lái)。土壤健康的概念最早由Doran和Zeiss在2000年提出, 土壤健康是指土壤維持植物、動(dòng)物和人類(lèi)重要生命系統(tǒng)的持續(xù)能力，土壤健康強(qiáng)調(diào)土壤在社會(huì)、生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)中的作用或功能[8]。有學(xué)者認(rèn)為應(yīng)該將土壤健康作為促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的首要原則，而不僅僅是一個(gè)需要衡量的屬性。目前，學(xué)術(shù)界比較認(rèn)可的土壤健康的定義是美國(guó)農(nóng)業(yè)部自然資源保護(hù)局(USDA-NRCS)的定義，即土壤在生態(tài)系統(tǒng)的范圍內(nèi)，維持生物的生產(chǎn)力、保護(hù)環(huán)境質(zhì)量以及促進(jìn)動(dòng)、植物與人類(lèi)健康行為的能力(https:∥www.nrcs.usda.gov/wps/portal/nrcs/main/national/soils/health/)。我國(guó)也已將土壤健康狀況概念性地引入GB/T 33469—2016《耕地質(zhì)量等級(jí)》，將其界定為土壤作為一個(gè)動(dòng)態(tài)生命系統(tǒng)具有的維持其功能的持續(xù)能力[9]。

2 國(guó)內(nèi)外土壤健康評(píng)價(jià)體系

2.1 土壤管理評(píng)價(jià)框架(SMAF)

21世紀(jì)初，ANDREWS等[10]提出了土壤管理評(píng)價(jià)框架(soil management assessment framework, SMAF)，在全球得到了廣泛應(yīng)用，并且被不斷改良與發(fā)展。該工具選取了土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)指標(biāo)，評(píng)價(jià)農(nóng)業(yè)管理對(duì)土壤功能的影響，主要過(guò)程包括：構(gòu)建土壤質(zhì)量指標(biāo)并對(duì)土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行解釋?zhuān)詈笸ㄟ^(guò)對(duì)土壤質(zhì)量指標(biāo)的整合，形成土壤質(zhì)量指數(shù)。值得一提的是，SMAF對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇非常靈活。SMAF指標(biāo)值的解釋基于評(píng)分曲線(xiàn)，可以得出土壤附加質(zhì)量指數(shù)。利用指標(biāo)與相關(guān)土壤功能之間的關(guān)系，開(kāi)發(fā)評(píng)分功能，將測(cè)得的指標(biāo)值轉(zhuǎn)換為無(wú)單位評(píng)分。將所有指標(biāo)得分組合成一個(gè)累加指數(shù)，意味著可以提供反映整體土壤健康狀況的單一指標(biāo)[10]。SMAF是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)調(diào)控的重要工具，并且自2004年發(fā)布以來(lái)，SMAF已在美國(guó)和其他幾個(gè)國(guó)家/地區(qū)大量用于土壤健康評(píng)估[11](表1)。

CHERUBIN等[12]利用SMAF對(duì)巴西甘蔗土地?cái)U(kuò)張問(wèn)題進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，甘蔗用地提高了土壤質(zhì)量，這主要是由于土壤化學(xué)質(zhì)量的提高。有學(xué)者運(yùn)用SMAF研究了土地利用(原生植被、牧場(chǎng)、甘蔗地、免耕和農(nóng)作物-畜牧綜合系統(tǒng))對(duì)土壤質(zhì)量的影響，發(fā)現(xiàn)從原生植被向農(nóng)業(yè)土地的長(zhǎng)期轉(zhuǎn)化會(huì)使通過(guò)SMAF評(píng)估的土壤質(zhì)量評(píng)分降低，從而損害土壤發(fā)揮其作用的能力，而保護(hù)農(nóng)業(yè)通過(guò)增加碳含量和土壤肥力提高了土壤質(zhì)量[13]。YU等[14]通過(guò)建立土壤質(zhì)量指數(shù)(SQI)，對(duì)中國(guó)東北地區(qū)天然草地、人工草地和農(nóng)田幾種土地利用方式進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，將農(nóng)田轉(zhuǎn)化為多年生草地可以顯著改善松嫩草原的土壤質(zhì)量。NUNES等[15]將代表美國(guó)的456篇文章的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯編和SMAF分析，結(jié)果表明，SMAF評(píng)分曲線(xiàn)對(duì)于管理實(shí)踐與土壤功能影響敏感，但SMAF分?jǐn)?shù)低估了有機(jī)碳和β-葡萄糖苷酶活性的作用，而高估了土壤團(tuán)聚體的作用，建議應(yīng)重新評(píng)估和改進(jìn)這些指標(biāo)的算法。但總體而言，SMAF是有效的，并強(qiáng)調(diào)了保護(hù)性農(nóng)業(yè)措施的益處。

2.2 康奈爾土壤健康評(píng)價(jià)體系(CASH)

康奈爾土壤健康評(píng)價(jià)體系(Cornell soil health assessment, CASH)主要是由康奈爾大學(xué)提出，是通過(guò)快速測(cè)定土壤物理、化學(xué)和生物指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)土壤健康，是傳統(tǒng)土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要發(fā)展。CASH方法基于700個(gè)農(nóng)業(yè)土壤中收集的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是從美國(guó)東北部長(zhǎng)期受控的研究地點(diǎn)和商業(yè)種植者的田地中取樣的。CASH可囊括測(cè)定的 39 個(gè)土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)，一般情況下根據(jù)對(duì)土壤管理措施的敏感性、土壤過(guò)程或功能的相關(guān)性以及測(cè)定過(guò)程和費(fèi)用等特點(diǎn)，選取包括土壤質(zhì)地、團(tuán)粒穩(wěn)定性、土壤可獲得水含量、土壤潛在礦化率、活性碳含量、有機(jī)質(zhì)含量以及植物根系健康評(píng)價(jià)等指標(biāo)。這些指標(biāo)一般獲取費(fèi)用較低，具有明顯的農(nóng)學(xué)、物理和化學(xué)意義的特點(diǎn)[16]。由于該評(píng)價(jià)工具的運(yùn)用快速、簡(jiǎn)單、費(fèi)用低，發(fā)展迅速，許多學(xué)者認(rèn)為該工具有望成為構(gòu)建國(guó)際土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的基本方法(表1)。

有學(xué)者對(duì)CASH進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果表明，長(zhǎng)期管理實(shí)踐通常對(duì)團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)、活性炭、蛋白質(zhì)和大多數(shù)化學(xué)指標(biāo)具有重大影響，并且耕種強(qiáng)度對(duì)土壤健康影響更大。CASH指標(biāo)，特別是與碳和氮有關(guān)的指標(biāo)，對(duì)管理實(shí)踐反應(yīng)良好，在農(nóng)田試驗(yàn)中顯示出CASH對(duì)土壤健康評(píng)估的效用[17]。WILLIAMS等[18]利用CASH調(diào)查了土壤管理對(duì)瑞典南部20個(gè)農(nóng)田土壤健康指標(biāo)的影響，研究發(fā)現(xiàn)高的作物多樣性、少耕及施加有機(jī)添加物的田地顯示出更好的土壤健康狀況。NUNES等[19]利用CASH對(duì)連續(xù)耕作和免耕管理進(jìn)行評(píng)價(jià)，研究表明免耕在溫帶地區(qū)是可行的，可顯著改善土壤健康狀況和農(nóng)作物產(chǎn)量，并且將免耕與輪作和覆蓋作物結(jié)合使用時(shí)，這些益處會(huì)得到進(jìn)一步增強(qiáng)。張彬等[20]利用CASH對(duì)不同草地利用方式進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，平均土壤健康綜合指數(shù)由高到低依次為不放牧、輕度放牧、重度放牧和極度放牧。

2.3 Haney土壤健康測(cè)試(HSHT)

Haney土壤健康測(cè)試(Haney soil test，HSHT)主要基于土壤生物活性，它已成為評(píng)估土壤健康的一種新方法[21]。HANEY等[22]開(kāi)發(fā)了一種新的萃取劑(H3A)，將3種有機(jī)酸(檸檬酸、草酸和乙酸)結(jié)合在一起，用于同時(shí)測(cè)量植物可獲得的土壤養(yǎng)分，包括磷(P)、鉀(K)和無(wú)機(jī)氮(N)。這種萃取劑旨在模擬活躍根系和根系分泌物的根際土壤pH值，因此可以依據(jù)根際pH值提取養(yǎng)分。Haney方法旨在提供基于生物利用營(yíng)養(yǎng)素的肥料方面的建議。HSHT最初是為德克薩斯州的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的，還沒(méi)有針對(duì)其他土壤進(jìn)行過(guò)廣泛的校準(zhǔn)和驗(yàn)證，但美國(guó)的企業(yè)和政府機(jī)構(gòu)對(duì)這種新方法產(chǎn)生興趣。政府機(jī)構(gòu)(例如，美國(guó)農(nóng)業(yè)部自然資源保護(hù)局)鼓勵(lì)生產(chǎn)者采用HSHT方法跟蹤管理實(shí)踐，用于反映其農(nóng)場(chǎng)的土壤健康變化，但還是缺乏研究數(shù)據(jù)來(lái)證明這種方法的有效性。ADHIKARI等[23]研究團(tuán)隊(duì)基于Haney土壤健康工具計(jì)算土壤健康值，研究了玉米產(chǎn)量和土壤健康之間的關(guān)系，結(jié)果表明，具有較低的24 h CO2排放量、可提取有機(jī)碳和有機(jī)氮值的土壤樣品，其土壤健康值較低，通常對(duì)應(yīng)較低的玉米產(chǎn)量。CHU等[24]檢驗(yàn)了HSHT在美國(guó)田納西州西部因管理引起的土壤養(yǎng)分水平和土壤健康變化中的應(yīng)用情況，但結(jié)果表明采用HSHT并未監(jiān)測(cè)到田納西州西部因覆蓋作物而造成的土壤健康差異。盡管HSHT旨在將土壤生物學(xué)與土壤肥力和土壤健康聯(lián)系起來(lái)，但依然存在一定的缺陷，可能需要對(duì)更多類(lèi)型土壤和氣候進(jìn)行對(duì)比，并進(jìn)行廣泛的農(nóng)業(yè)實(shí)踐評(píng)價(jià)(表1)。

2.4 我國(guó)耕地土壤健康及其評(píng)價(jià)

我國(guó)學(xué)者從土壤功能與脅迫角度出發(fā)，將耕地土壤健康分為初級(jí)生產(chǎn)力、水凈化與調(diào)節(jié)、碳封存與調(diào)節(jié)、生物多樣性供給、養(yǎng)分供給與循環(huán)5 類(lèi)土壤功能，從應(yīng)用實(shí)踐角度對(duì)耕地土壤健康進(jìn)行尺度劃分，分為田塊、縣域、省域和國(guó)家4級(jí)尺度，并由此提出以表征耕地土壤功能和重金屬脅迫為核心的耕地土壤健康評(píng)價(jià)全流程研究框架。但是該評(píng)價(jià)體系依然存在一些問(wèn)題：如何定義并量化耕地(旱地、水澆地和水田)土壤健康狀況與土壤功能的供需關(guān)系，如何科學(xué)應(yīng)用土壤功能評(píng)價(jià)指標(biāo)與表征方法以實(shí)現(xiàn)從土壤功能與脅迫到耕地土壤健康的表達(dá)。因此，耕地土壤健康全流程研究框架需要進(jìn)一步通過(guò)實(shí)踐進(jìn)行研究[25]。

3 現(xiàn)有土壤健康評(píng)價(jià)體系下農(nóng)業(yè)管理實(shí)踐與農(nóng)業(yè)土壤健康

近年來(lái)，由于在全球范圍內(nèi)的集約化農(nóng)業(yè)發(fā)展，導(dǎo)致快速的土地利用變化，并且也因此導(dǎo)致許多生態(tài)問(wèn)題，主要包括CO2、CH4和N2O在內(nèi)的溫室氣體排放增加、生物多樣性降低、土壤酸化和土地荒漠化等一系列生態(tài)危機(jī)[26]。已有大量研究通過(guò)SMAF報(bào)道了不合理的土地利用方式可能導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降[18,27]，并且有學(xué)者通過(guò)選取部分土壤健康指標(biāo)，例如：土壤線(xiàn)蟲(chóng)群落[28]、土壤孔隙度、土壤有機(jī)碳、微生物[29]等證明合理的土地利用方式會(huì)提高土壤健康狀況。

種植模式主要包括單作、輪作和間(套)作。大面積的單一作物連續(xù)種植造成嚴(yán)重的土地養(yǎng)分偏耗，加速土壤退化，而且單一的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)也更容易受到病蟲(chóng)害的威脅[30]。MBUTHIA等[31]在對(duì)保護(hù)性農(nóng)業(yè)的研究中通過(guò)SMAF已經(jīng)證明與單作相比，覆蓋作物能夠提升土壤質(zhì)量，并且已有研究通過(guò)選取已建立的CASH方案中的選定土壤健康指標(biāo)揭示了多樣化種植方式能夠維護(hù)土壤健康狀況[18-19]。

在對(duì)農(nóng)田的管理過(guò)程中，為了提高作物產(chǎn)量，種植者會(huì)采取向農(nóng)田添加肥料、對(duì)土地進(jìn)行翻耕、向作物噴灑農(nóng)藥、對(duì)作物進(jìn)行覆蓋地膜等技術(shù)措施。而這些措施往往會(huì)通過(guò)直接或間接影響土壤肥力、土壤生物的方式來(lái)改變土壤生態(tài)功能，進(jìn)而對(duì)土壤健康狀況造成影響。已有研究通過(guò)選取部分土壤質(zhì)量指標(biāo)證明了有機(jī)添加物對(duì)土壤質(zhì)量提升的重要性，但這項(xiàng)研究也證明了有機(jī)添加物促進(jìn)了溫室氣體的排放[32]。OZLU等[33]以土壤碳氮組分、酶活性和微生物群落結(jié)構(gòu)作為土壤健康指標(biāo)，結(jié)果表明與無(wú)機(jī)肥料相比，糞肥有利于提高土壤健康指標(biāo)。也有學(xué)者選取已建立的CASH方案中的選定土壤指標(biāo)揭示了添加有機(jī)肥能夠維護(hù)土壤健康狀況[18]。農(nóng)田系統(tǒng)對(duì)大氣 CO2庫(kù)是碳匯還是碳源效應(yīng)取決于土壤有機(jī)碳的固定和溫室氣體釋放之間的平衡，而耕作措施會(huì)改變土壤有機(jī)碳含量和儲(chǔ)量，影響農(nóng)田系統(tǒng)的碳循環(huán)與碳平衡。大量研究通過(guò)SMAF和CASH系統(tǒng)性地研究了保護(hù)性耕作與土壤健康的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)保護(hù)性耕作能夠提高土壤健康狀況[18-19,31]。農(nóng)藥的使用對(duì)于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)來(lái)說(shuō)是不可缺少的一部分，可以控制和預(yù)防雜草和病蟲(chóng)害。有研究報(bào)道2006—2016年我國(guó)農(nóng)藥使用總量和農(nóng)藥使用強(qiáng)度總體呈上升趨勢(shì)[34]。LI等[35]的研究發(fā)現(xiàn)，威百畝顯著降低了總細(xì)菌、真菌、固氮菌、氨氧化細(xì)菌和古菌的數(shù)量，反硝化相關(guān)的功能微生物數(shù)量也顯著下降。農(nóng)用塑料薄膜和地膜在全球范圍內(nèi)廣泛使用, 它們可以通過(guò)節(jié)水、保濕、除草、增溫、抗寒等方式提高作物產(chǎn)量和保水效率[36]，但是塑料的大量使用會(huì)導(dǎo)致土壤中微塑料的富集。有研究表明，殘留的地膜破壞土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，降低土壤的通氣性和透水性，從而阻礙作物根系生長(zhǎng)并降低植物整體生產(chǎn)力[37]。此外，微塑料對(duì)土壤微生物活性、各營(yíng)養(yǎng)級(jí)的土壤動(dòng)物、土壤有機(jī)碳和氮循環(huán)以及養(yǎng)分轉(zhuǎn)移具有負(fù)面影響, 進(jìn)而導(dǎo)致農(nóng)田的不可持續(xù)利用和環(huán)境危害[38]。目前有關(guān)農(nóng)藥和微塑料對(duì)土壤健康的影響研究相對(duì)較少(表2)。

表2 農(nóng)業(yè)管理實(shí)踐與農(nóng)業(yè)土壤健康的關(guān)系

4 現(xiàn)有土壤健康評(píng)價(jià)體系存在的問(wèn)題及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

以往對(duì)土壤健康、土壤質(zhì)量的評(píng)估重點(diǎn)是作物產(chǎn)量和土壤肥力，但是越來(lái)越多的學(xué)者認(rèn)為，土壤健康評(píng)估還包括土壤在水質(zhì)、氣候變化和人類(lèi)健康中的諸多作用。人們對(duì)土壤生物多樣性的重要性越來(lái)越了解，但目前主流的土壤評(píng)價(jià)體系仍然以化學(xué)和物理指標(biāo)為主導(dǎo)(表1)。張江周等[39]也認(rèn)為以往人們基于單一土壤功能即土壤生產(chǎn)力開(kāi)展了大量的指標(biāo)選擇和評(píng)價(jià)工作，忽視了其他土壤功能，評(píng)價(jià)指標(biāo)中土壤生物學(xué)特性未引起足夠重視，對(duì)土壤過(guò)程的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)少。因此，新一代的土壤健康評(píng)價(jià)體系中應(yīng)該加入一些新的指標(biāo)，尤其是生物學(xué)和土壤功能指標(biāo)。朱永官等[40]研究團(tuán)隊(duì)在其最新研究中關(guān)注了元素循環(huán)、污染消解和土傳病害防控3大土壤生態(tài)功能，提出了利用土壤微生物組調(diào)控土壤健康的新途徑。孫新等[41]圍繞土壤動(dòng)物在指示土壤健康方面的潛力，認(rèn)為土壤動(dòng)物物種多樣性、功能性狀和土壤食物網(wǎng)應(yīng)該作為指示土壤健康的指標(biāo)。梁文舉等[42]從土壤生物健康的角度，總結(jié)了土壤健康的生物學(xué)表征指標(biāo)，闡述了土壤微生物、土壤酶活性、土壤微食物網(wǎng)及蚯蚓對(duì)土壤健康的指示作用。國(guó)外一些研究人員認(rèn)為一些主要針對(duì)非農(nóng)業(yè)土壤服務(wù)的新指標(biāo)，例如人類(lèi)健康和水質(zhì)，必須成為常規(guī)土壤健康測(cè)試的一部分，包括：病原體、寄生蟲(chóng)、生物多樣性、可生物利用和移動(dòng)的毒素(例如多環(huán)芳烴和微塑料)、溫室氣體排放和碳固存等，并利用新技術(shù)對(duì)土壤健康進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)[8]。因此，在對(duì)土壤健康進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，要綜合多種土壤健康評(píng)價(jià)體系，并適當(dāng)加入一些生物學(xué)指標(biāo)，比如線(xiàn)蟲(chóng)、蚯蚓、AM真菌等土壤微生物以及草食昆蟲(chóng)等，結(jié)合土壤功能指標(biāo)，例如溫室氣體排放、養(yǎng)分淋洗、土壤遺留效應(yīng)以及土壤食物網(wǎng)變化情況等。同時(shí)，土壤生物學(xué)、傳感器技術(shù)以及用于解釋和總結(jié)農(nóng)田、牧場(chǎng)和景觀尺度上土壤健康指標(biāo)數(shù)據(jù)技術(shù)的進(jìn)步，也將促進(jìn)土壤健康領(lǐng)域的發(fā)展，建立更可持續(xù)的生產(chǎn)系統(tǒng)，幫助減輕和防止全球土壤退化[11]。另外，值得關(guān)注的是，在對(duì)指標(biāo)的選擇中要同時(shí)遵循一些基本原則：(1)代表性：所選取的指標(biāo)能代表復(fù)雜的土壤系統(tǒng)中發(fā)生的物理、化學(xué)和生物學(xué)過(guò)程；(2)敏感性：指標(biāo)對(duì)土壤管理、土地利用方式、氣候變化等引起的土壤功能變化具有較強(qiáng)的敏感性；(3)易獲得性：所選指標(biāo)應(yīng)該比較容易測(cè)定，易于操作，方便使用；(4)性?xún)r(jià)比高：測(cè)定成本盡量低，可以被用戶(hù)普遍接受[8,43](圖1)。

圖1 新一代土壤健康指標(biāo)的選取

北美土壤健康測(cè)量評(píng)估項(xiàng)目是基于SMAF、CASH和HSHT進(jìn)行評(píng)價(jià)進(jìn)而廣泛用于驗(yàn)證農(nóng)業(yè)管理實(shí)踐與土壤健康的關(guān)系，從加拿大中北部到墨西哥南部的120個(gè)長(zhǎng)期農(nóng)業(yè)研究地點(diǎn)選擇20多項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，其最終目標(biāo)是為北美開(kāi)發(fā)最佳、最全面的土壤健康評(píng)估方案，包括對(duì)其不同的土壤健康測(cè)量和指標(biāo)的解釋[44]。但是在中國(guó)對(duì)于各種管理措施與農(nóng)業(yè)土壤健康之間的系統(tǒng)性研究還很少(表2)。大量研究表明，合理的土地利用和耕作措施會(huì)有效改善土壤健康狀況。合理的土地利用方式包括退耕還林還草，我國(guó)在1999年就已經(jīng)開(kāi)始以四川、陜西、甘肅為試點(diǎn)，大力推行退耕還林還草政策。為了提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，科學(xué)家們更提倡向農(nóng)田中施加有機(jī)物，例如有機(jī)肥、生物炭、秸稈還田等。長(zhǎng)期種植單一作物導(dǎo)致土壤退化嚴(yán)重，目前較為合理的耕作方式有間作和輪作。對(duì)土壤不斷的擾動(dòng)(如耕、靶等)也會(huì)造成土壤質(zhì)量下降，而少耕和免耕則可以顯著降低土壤耕作對(duì)土壤質(zhì)量的不利影響。除此以外，在農(nóng)田管理過(guò)程中，農(nóng)藥和微塑料也會(huì)對(duì)土壤健康產(chǎn)生不利影響。盡管土地利用方式和管理措施對(duì)土壤健康的影響很大，目前對(duì)于農(nóng)業(yè)土壤健康的評(píng)價(jià)仍?xún)H是通過(guò)SMAF、CASH或選取其中個(gè)別指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。中國(guó)現(xiàn)有的關(guān)于土壤健康評(píng)價(jià)體系和土壤健康評(píng)價(jià)的研究比較分散，各個(gè)地區(qū)只是針對(duì)本地區(qū)的研究狀況，難以推廣至全國(guó)，缺少類(lèi)似于北美的土壤健康評(píng)估項(xiàng)目針對(duì)中國(guó)開(kāi)發(fā)的最佳的、全面的土壤健康評(píng)價(jià)方案。因此，在未來(lái)建立中國(guó)土壤健康評(píng)價(jià)體系過(guò)程中，需要建立全國(guó)農(nóng)業(yè)土壤健康網(wǎng)絡(luò)，利用大數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)管理實(shí)踐與農(nóng)業(yè)土壤健康間的關(guān)系，開(kāi)發(fā)適合中國(guó)氣候環(huán)境與土壤條件的農(nóng)業(yè)土壤健康評(píng)價(jià)體系。中國(guó)農(nóng)業(yè)土壤健康網(wǎng)絡(luò)的建立也可以用于驗(yàn)證土壤健康評(píng)價(jià)體系的可行性并修正該土壤健康評(píng)價(jià)體系，其結(jié)果又可以反過(guò)來(lái)指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，進(jìn)而促進(jìn)農(nóng)業(yè)土壤健康(圖2)。

圖2 農(nóng)業(yè)土壤健康評(píng)價(jià)體系與農(nóng)業(yè)管理實(shí)踐間的關(guān)系

5 基于完善的土壤健康評(píng)價(jià)體系提高農(nóng)業(yè)土壤健康的未來(lái)展望

目前，土壤健康已經(jīng)引起了大量學(xué)者和政府機(jī)構(gòu)的關(guān)注，歐盟已將土壤健康作為其5大優(yōu)先事項(xiàng)之一，許多全球舉措正在土壤保護(hù)領(lǐng)域出現(xiàn)。一些學(xué)者也認(rèn)為與空氣和水質(zhì)一樣，土壤健康對(duì)環(huán)境很重要。但是目前在農(nóng)業(yè)土壤健康的提高與維護(hù)方面還存在很多問(wèn)題。很重要的一個(gè)方面是土壤健康評(píng)價(jià)體系不完善，而完善土壤健康評(píng)價(jià)體系是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)土壤健康的必經(jīng)之路。另一方面，社會(huì)層面對(duì)農(nóng)業(yè)土壤健康關(guān)注度不夠。中國(guó)農(nóng)業(yè)用地大部分是由農(nóng)民及企業(yè)和農(nóng)場(chǎng)主進(jìn)行管理，但是對(duì)于農(nóng)業(yè)用地的管理大多較為粗放，例如化肥、農(nóng)藥的大規(guī)模超劑量使用。整個(gè)社會(huì)層面都存在對(duì)農(nóng)業(yè)土壤健康這一概念的認(rèn)知不足，對(duì)維護(hù)農(nóng)業(yè)土壤健康的意識(shí)薄弱，而土壤健康評(píng)價(jià)體系的完善，需要大眾的參與和支持，需要廣泛的管理實(shí)踐去驗(yàn)證和修正，在此提出了基于完善土壤健康評(píng)價(jià)體系的路徑以促進(jìn)農(nóng)業(yè)土壤健康。

若想提高與維護(hù)農(nóng)業(yè)土壤健康，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)還需要基于土壤健康評(píng)價(jià)體系，可從農(nóng)業(yè)管理措施與社會(huì)層面對(duì)農(nóng)業(yè)土壤健康關(guān)注度等方面加以不斷完善，即一目標(biāo)三路徑的“農(nóng)業(yè)土壤健康環(huán)”(圖3)。一目標(biāo)是指維護(hù)農(nóng)業(yè)土壤健康，實(shí)現(xiàn)土壤可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)是土壤資源高效利用的具體體現(xiàn)，是建設(shè)生態(tài)文明、落實(shí)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略、推進(jìn)農(nóng)村綠色發(fā)展的重要支撐力量。實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)土壤健康的第1條路經(jīng)是指完善土壤健康評(píng)價(jià)體系，這也與前人的研究達(dá)成了共識(shí)。依據(jù)前文提到的土壤健康評(píng)價(jià)體系未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，在農(nóng)業(yè)土壤健康評(píng)價(jià)中加入新指標(biāo)，主要包括生物學(xué)指標(biāo)和生態(tài)功能指標(biāo)，運(yùn)用新技術(shù)，例如大數(shù)據(jù)技術(shù)和3S技術(shù)，建立我國(guó)農(nóng)業(yè)土壤健康網(wǎng)絡(luò)，利用大數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)管理實(shí)踐與農(nóng)業(yè)土壤健康之間的關(guān)系，開(kāi)發(fā)適合中國(guó)氣候環(huán)境與土壤條件的農(nóng)業(yè)土壤健康評(píng)價(jià)體系。第2條路徑是指多尺度探究我國(guó)的土地利用方式和管理措施與土壤健康的關(guān)系并實(shí)現(xiàn)推廣應(yīng)用。廣泛性和系統(tǒng)性地對(duì)存在的土地利用方式和管理措施進(jìn)行農(nóng)業(yè)土壤健康評(píng)價(jià)，做到既有廣度(數(shù)量)，又有深度(質(zhì)量)，結(jié)合不同地區(qū)的實(shí)際情況推出適合當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境的土地利用方式和管理措施，精準(zhǔn)化管理與利用土壤，促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展。第3條路徑是指社會(huì)層面的多主體參與[39]，實(shí)現(xiàn)土壤健康需要科研單位、政府部門(mén)、企業(yè)、農(nóng)場(chǎng)主、種植戶(hù)積極聯(lián)動(dòng)參與，共同努力?？蒲袉挝环e極開(kāi)展相關(guān)科研工作，政府部門(mén)做好相關(guān)政策保障，農(nóng)場(chǎng)主及種植戶(hù)應(yīng)進(jìn)一步提升農(nóng)業(yè)土壤健康意識(shí)，形成土壤健康保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的價(jià)值觀。在實(shí)踐中積極維護(hù)農(nóng)業(yè)土壤健康，可以通過(guò)多種渠道(例如微信公眾號(hào)等多元化網(wǎng)絡(luò)途徑)進(jìn)行農(nóng)業(yè)土壤健康相關(guān)實(shí)踐做法、相關(guān)理念的宣傳，讓更多人了解農(nóng)業(yè)土壤健康，實(shí)踐農(nóng)業(yè)土壤健康。

圖3 提高和維護(hù)農(nóng)業(yè)土壤健康的“農(nóng)業(yè)土壤健康環(huán)”

第3條路徑在提高和維護(hù)農(nóng)業(yè)土壤健康中起著基石的作用，既是維護(hù)農(nóng)業(yè)土壤健康的執(zhí)行者，又是受益者，在維護(hù)農(nóng)業(yè)土壤健康中發(fā)揮著不可替代的作用，而完善土壤健康評(píng)價(jià)體系這一路徑處于中間環(huán)節(jié)，起著至關(guān)重要的作用。土壤健康評(píng)價(jià)體系的完善還需要社會(huì)層面多主體的參與，建立中國(guó)農(nóng)業(yè)土壤健康網(wǎng)絡(luò)，利用大數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)管理實(shí)踐與農(nóng)業(yè)土壤健康之間的關(guān)系，可以驗(yàn)證土壤健康評(píng)價(jià)體系的可行性并修正該土壤健康評(píng)價(jià)體系，其結(jié)果又可以反過(guò)來(lái)指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐。在此，基于土壤健康評(píng)價(jià)體系的完善提出了一目標(biāo)三路徑的“農(nóng)業(yè)土壤健康環(huán)”，但提高與維護(hù)農(nóng)業(yè)土壤健康的“三路徑”并非獨(dú)立的，而是齊頭并舉、相互依存的，缺少任何環(huán)節(jié)都不能構(gòu)成“農(nóng)業(yè)土壤健康環(huán)”的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

6 結(jié)語(yǔ)

農(nóng)業(yè)土壤健康不僅影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)，還影響大氣、水環(huán)境質(zhì)量和生物安全，因此，如何提高和維護(hù)農(nóng)業(yè)土壤健康狀況具有深遠(yuǎn)意義。該文總結(jié)分析了提高和維護(hù)農(nóng)業(yè)土壤健康中存在的3個(gè)重要問(wèn)題，分別從土壤健康評(píng)價(jià)體系、農(nóng)業(yè)土壤健康評(píng)價(jià)體系對(duì)土地利用方式和管理措施的評(píng)估以及社會(huì)層面的認(rèn)知和實(shí)踐3個(gè)方面提出了問(wèn)題和解決途徑，提出了“一目標(biāo)三路徑”的“農(nóng)業(yè)土壤健康環(huán)”的解決方法，以期在未來(lái)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展和維護(hù)農(nóng)業(yè)土壤健康過(guò)程中提供參考。期望在未來(lái)能夠開(kāi)發(fā)出更適宜更系統(tǒng)的土壤健康評(píng)價(jià)體系，并將其廣泛地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的研究中，社會(huì)各界加強(qiáng)對(duì)農(nóng)業(yè)土壤健康的認(rèn)識(shí)，積極主動(dòng)地參與到農(nóng)業(yè)土壤健康的維護(hù)行動(dòng)中，而種植戶(hù)、相關(guān)企業(yè)公司能夠依據(jù)廣泛的研究更加科學(xué)地管理農(nóng)田，社會(huì)各界共同維護(hù)農(nóng)業(yè)土壤健康。