基于土壤功能与胁迫的耕地土壤健康评价方法
导 读
建立基于土壤功能供需和胁迫的耕地土壤健康评价体系。
作者：赵瑞
来源：土壤健康与耕地可持续利用公号（2021年6月16日）
01分享文献信息
原名：Farmland Soil Health Evaluation Method Based on Soil Function and Soil Threat
译名：基于土壤功能与胁迫的耕地土壤健康评价方法
原文地址：https://doi.org/10. 6041 / j. issn. 100-1298. 2021. 06. 035
发表期刊：农业机械学报
发表年份：2021年
通讯作者：吴克宁
通讯作者单位：中国地质大学（北京）土地科学技术学院
02亮点
建立基于土壤功能供需和胁迫的耕地土壤健康评价体系。
03文章简介
基于功能性土壤管理理论，针对初级生产力、养分供给与循环、生物多样性供给、水净化与调节、碳封存与调节 5 种功能选取评价指标，通过识别水田、水浇地和旱地对不同土壤功能的供给和需求关系，构建土壤功能供需判别矩阵，并叠加重金属污染胁迫因素，评价耕地土壤健康状况，实现评价指标—土壤功能/胁迫—土壤健康的空间制图。在河南省温县进行了评价方法的适用性研究，结果表明：温县 5 种土壤功能供需空间格局基本呈现由南向北逐渐递增的趋势，以青峰岭为界，中北部土壤功能的供需处于盈余状态，而南部区域处于失衡状态。土壤健康等级交错分布，亚健康面积占比最大，为 44.4%，健康的土壤零散地分布在黄庄镇、番田镇、武德镇、祥云镇。土壤质地、土体构型、土壤养分、土壤生物活性和重金属污染胁迫是土壤健康空间分异的主要因素。本研究可在理论上丰富土壤健康评价方法体系，实践上促进耕地资源可持续利用与管理。
04研究方法
①土壤功能供需、土壤胁迫和土壤健康的关系表达。
参考吴克宁等利用“木桶结构”阐释的基于土壤功能与胁迫的土壤健康观，初步表达土壤功能供需、土壤胁迫和土壤健康之间的关系，将初级生产力、水净化与调节、碳封存与调节、生物多样性供给、养分供给与循环等土壤功能的供给能力类比为组成各个木桶的木板，将土壤健康看作木桶发挥正常作用的状态。土壤天生禀赋有差异，对土壤资源的管护应该是补短板与漏洞——消除土壤胁迫作用，而非一味加高木桶——不断集约化生产满足人类需求而拔高“土壤质量”，不断索取功能服务，造成土壤生态系统结构失调、欠稳定的不可持续状态。基于“木桶结构”，判断土壤系统是否存在短板、漏洞（胁迫作用）或结构（供需失衡）问题，以判断各种耕地利用类型的土壤健康状况。
②土壤功能供需判别矩阵。
借用木桶理论，健康的农业土壤根据土地利用类型对各种土壤功能的需求存在差异。当人类需求较小或者土壤功能性较高时，土壤功能可以满足人类需求，达到实际供给大于等于人类需求；而当人类需求对土壤功能的利用超过其本身具有的能力，造成实际供给小于等于人类需求。鉴于此，基于土壤功能实际供给与需求之间的过程关系，通过对土壤功能供给能力和人类对土壤功能的需求赋值，建立土壤功能供需矩阵，并选取供需比来解释实际供给与需求之间的盈余关系，即表征土壤功能的实际供给是否可以满足当下人类社会的需求。采用生态系统服务价值化法和德尔菲法，根据专家知识与针对性访谈，为旱地、水浇地、水田3种耕地利用类型对5种土壤功能的需求和供给能力进行5分制赋分，从1~5分别代表低需求（供给）到高需求（供给）。将5种土壤功能与主要的3种耕地利用类型进行关联，构建土壤功能供需判别矩阵。最后将土壤功能供需综合判别结果分为功能满足、功能基本满足和功能不满足3类结果。
③耕地土壤健康评价矩阵（土壤健康分级方案）。
在土壤功能供需判别矩阵的基础上，根据 GB 15618—2018《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》，将土壤重金属污染胁迫 分为优先保护、安全利用和严格管控 3 类风险等级，与土壤功能供需综合判别结果叠加将土壤分为健康、亚健康和不健康 3 个等级，形成土壤健康评价矩阵。
④评价指标选取。
指标属性主要包括气候、地形、水分和土壤4个方面。考虑到气候和地形因子是影响土壤形成和发育的重要自然地理条件，选取了与农业生产密切相关的年积温和年降水量指标，并选取坡度、地貌类型等地形指标来表征区域内的水热状况。考虑到数据获取的难易程度，水分条件选取土壤含水率指标，用于衡量土壤供水和排水能力。此外，参考前人研究，选取了土层厚度、土体构型等评价指标，并按照物理、化学和生物分为3大类。其中，土壤质地、有机质含量、pH值等20项指标影响初级生产力功能；土层厚度、容重、质地等10项指标影响水净化与调节功能；有机质含量、年降水量等8项指标影响碳封存与调节功能；土壤呼吸速率、蚯蚓数量等9项指标影响生物多样性供给功能；土壤质地、有机质含量等6项指标影响养分供给与循环功能。
05结论
基于功能性土壤管理理论，参考改进了欧美相关土壤健康和土壤功能评价的主流技术路线，设计了基于土壤功能表征结果和重金属胁迫风险管控叠加的土壤健康分级方案。定义并量化了耕地 (旱地、水浇地和水田)土壤健康状况与土壤功能的供需关系，科学应用土壤功能评价指标与表征方法，实现了从土壤功能与胁迫到土壤健康的表达，丰富和完善了目前耕地土壤质量(健康)评价指标体系。