土壤质量评价的研究进展

河北林果研究

HEBEI JOURNAL OF FORESTRY AND ORCHARD RESEARCHV〇1.32N〇.3/# Dec. 2 0 17

文章编号：1007 - 4961(2017)03/04 - 0238 - 06DOI：10. 13320/j. cnki. hjfor. 2017. 0043

土壤质量评价的研究进展

罗梦娇，艾宁，曹四平，邵颖，刘长海

(延安大学生命科学学院，陕西延安716000)

摘要：良好的土壤环境能保障植物群落健康、持续生长，土壤系统作为陆地亚系统的重要组成部分，其质量的 好坏深刻影响着整个生物圈的可持续发展。近年来，生态环境破坏严重，土壤盐碱化、沙漠化、水土流失等问 题突出，土壤质量评价已然成为研究者关注的焦点，也是当前相关领域国际研究的热点。科学的评价指标与 评价方法是研究土壤质量的前提。文章通过回顾国内外关于土壤质量评价的文献，总结了相关研究内容和方 法、分析了土壤质量的评价体系与评价方法的进展、现状及不足，并提出创建典型区域土壤质量数据库、监测

预警系统等多种方法相结合来评价土壤质量等建议，旨在为不同地区土壤质量研究和生态恢复提供科学前 提及理论依据。

关键词：土壤质量'土壤质量评价体系'平价指标'平价方法；展望 中图分类号：X 825

文献标志码：A

Research review on soil quality assessment

LUO Mengjiao，AI Ning, CAO Siping, SHAO Ying，LIU Changhai

{College ofLife Science，Yanan University，Yanan 716000，China)

Abstract: Good soil environment is an important guarantee for the healthy and sustainable

growth of plant communities. As an important component of land subsystem，the quality of soil system has

a

profound

impact on

the

sustainability of

the whole

circum­

years，the ecological environment has been seriously damaged. Soil salinization，desertifica­tion ，water loss，soil erosion and

other problems

become more severe. Under such

stance， soil quality assessment has become a focus for researchers，and it is also the hotspot of current international research in related fields. Scientific assessment indicators and evalua­tion method are the premise of soil quality research. In this paper，literatures on soil quality assessment both at home and abroad have been reviewed， the related research contents and methods have been summarized， and the progress， current situation and insufficiency have been also analyzed. What

is more，some suggestions

soil

are

put forward and

for

soil

ment ，such as establishing typical

quality database

monitoring

the early

b

quality a

w

tem to provide a scientific premise and basis for the study of soil quality in different areas，so as to contribute to ecological restoration.

收稿日期：017 - 03 - 23;修回日期：2017 - 05 - 04

基金项目：十三五”国家重点研发计划项目“水蚀风蚀交错区高效植被形成机理及其与土壤动物的耦合关系* (No

2016YFC050170504);国家自然科学基金项目“不同强度干扰下南泥湾湿地土壤动物动态变化研究”(31370541) &

第一作者：罗梦娇（1994 -)，女，陕西咸阳人，在读硕士研究生，主要从事动物生态学研究。通讯作者：刘长海（1965 -)，男，陕西淳化人，博士，教授，主要从事土壤动物及生态学研究&

第3/#期

罗梦娇等：土壤质量评价的研究进展

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Key words： soil quality； soil quality assessment system； assessment indicator； evaluation

method； prospect

土壤质量是指“特定类型土壤在自然或农业生 态系统边界内保持动植物生产力，保持或改善大气 和水的质量以及支持人类健康和居住的能力”[1] & Parr等提出了几个土壤质量定义所适用的特定地 方，在评价管理措施对土壤退化和保持的影响方面 意义重大2 & 土壤理化生特性不仅能内在地影响土 壤肥力，还能全面地反映土壤质量的优劣程度。我 国土壤资源不足，而且浪费现象严重。由于长期不 合理利用，土壤盐碱化、沙漠化、水土流失等问题突 出，土壤退化严重。据统计，因土壤侵蚀、盐渍化、沼 泽化、污染酸化等造成的土壤退化总面积约#. 6亿 hm2，占全国土地总面积的40%，是全球土壤退化总 面积的1/#，威胁着人类赖以生存的土地资源[3]。 由此可见，只有科学地确定土壤质量指标，并对土壤 质量准确进行评价，有针对性地提出不同土壤的管 理措施，提高土壤质量、恢复土壤环境、促进土壤生 态系统良性发展，才能确保我国有限的土壤资源得 到有效开发利用。在对土壤质量评价的研究中，纵 观国内外研究现状，并没有确定的标准和统一的方 法供相关研究者参考。因此，拟通过回顾国内外关 于土壤质量评价的文献，总结相关研究内容和方法、 分析土壤质量的评价体系与评价方法的进展、现状 及不足，提出土壤质量评价建议，旨在为不同地区土 壤质量研究和生态恢复提供科学前提及理论依据。

1 土壤质量评价体系

土壤质量评价包括土壤自身质量评价和动态评 价4。前者是不同土壤类型之间很难直接比较，其 主要原因为受土壤形成过程的影响（如气候）而表现 出内在特性差异[5]，而后者表现出土壤质量随时间 动态变化，能明确管理措施，进而了解其对土壤质量 演变的影响。Larson andPierce认为，可以通过对 比评价和动态评价两种方法分析土壤质量演变特 性，其中土壤质量对比评价是对不同土地利用方式 造成各个地区土壤质量存在差异之间的平行比较， 而土壤质量动态评价则侧重于对土壤质量长时间序 列演变进行对比评价[1’6]。土壤质量不可能由单一 指标表示，这是由土壤本身属性和其复杂多相性决

定的。土壤质量评价指标必须由足够能代表土壤化 学、生物和物理性质及其过程的复杂指标组成， 同时它也是由满足主要管理目标的土壤功能决定 的[10]。土壤质量评价指标的选择大都遵循代表性、 主导性、稳定性、差异性、可比性等原则，传统层面 上，很多土壤质量评价都倾向于选择20多个土壤性 质作为土壤质量评价指标体系[11_12]。纵观国内外 众多土壤质量评价指标选取办法，按照化学指标、物 理指标和生物学指标来展开。1. 1

理化指标

土壤理化性质是衡量土壤质量的重要指标之 一，其对土壤蓄水持水能力、养分吸收、利用能力意 义重大。林分不同，种植年限不同，所处地区环境存 在差异，这些都会引起陆上植被生长和生物量生产 力的区别。更为重要的是土壤化学性质与土壤中各 种养分和土壤污染物质等的存在形态和浓度息息相 关，发挥着重要作用。Burger and Kelting认为，作 为植物生长的物质基础，理化性质良好的土壤应具 有储蓄并持续供应植物生长所需的水分、养分和碳， 促进气体交换，提高土壤生物活性的能力[13]。杨梅 焕等采用空间代替时间的方法，对毛乌素沙地东南 缘沙漠化过程中土壤理化性质变化进行了分析，结 果表明沙漠化过程中土壤理化性质呈规律性变化， 随沙漠化程度加剧，土壤黏粒含量、含水量、有机质、 有机碳和全氮含量减少，土壤砂粒含量、容重和碳氮 比增加，土壤质量呈现下降趋势[14]。关其格等通过

乌 沙地南缘

年 相 的<种代

人

工恢复植被，研究人工恢复植被对沙地土壤特性的 影响，结果表明人工植被能够改善沙地土壤理化特 性，且不同植被类型对土壤作用强度不同，可见适宜 的植被类型能改善土壤质量，促进生态恢复[15]。 GongL等为探讨绿洲化过程中土壤质量的变化，在 于田县建立了河流域绿洲荒漠过渡带5个试验领 域，以农田和自然地对照，并选取土壤含水量指标、 pH值、土壤养分指标和土壤盐分指标等，采取土壤 质量指数、多变量分析评估（聚类分析，主成分分析$ 来确定不同土地利用土壤质量[16]。结果表明，研究 区土壤质量之间差异明显，自然地具有明显的土壤

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特性，在复垦过程中土壤特性应被特别考虑。War­ren 等研究认为 ，土壤 的饱和导水率与土壤孔隙度 状况有密切联系，特别是大孔隙分布对饱和导水率 作用明显+1 &]。国内外学者也对沙漠化过程中土壤 理化性质变化进行了研究，并得出一些相似结 论[18-2。]。1.2生物指标

土壤生物是土壤中具有生命力的主要部分，包 括土壤微生物、土壤动物和陆上植物等生物体。近 年来，土壤酶活性、土壤微生物、土壤动物、土壤呼吸 和有机碳等成为土壤质量生物指标研究分析的热 点，引起了广泛关注和重视。Blair等发现新南威尔 士地区的天然植被土壤人工干预耕作后，土壤有机 碳、活性有机碳和非活性有机碳含量等都有不同程 度的下降，而在进行植被恢复后，碳含量又增加，这 表明土地利用变化对活性有机碳有影响+1]。杨晓 娟等通过研究不同植被对毛乌素沙地土壤有机质和 生物学特性的影响，结果表明微生物数量及酶活性 可作为判断土壤肥力的指标，酶活性可用来判断微 生物数量变化'沙区生态恢复应营造固氮混交林，减 少纯林面积+2]。FracM等通过研究波兰地区农田 沙质酸性土壤和超过20 a的草原土壤物理指标和 生物多样性特征，分#个层次测量。〜60 cm 土壤深 度，结果表明草地土壤酶活性明显高于农田土壤；草 地土壤容重和田间持水量较大，饱和导水率低于农 田土壤+3]。由此可见，土地利用类型对土壤酶活 性、微生物平均发育水平影响显著，且土壤深度越 大，差异越显著；微生物和物理指标在评价农田和草 地沙质土壤质量上是一个关键的驱动因素，同时也 是评价土壤健康和质量的敏感指标。张立欣等在库 布齐沙漠东段选取了 3种人工固沙灌木林为研究对 象，以流动沙地为对照，研究了不同人工固沙灌木林 土壤微生物量与土壤养分特征，并采用综合指数法 对不同人工固沙灌木林的土壤恢复效果进行了评 价，结果表明：不同样地的土壤微生物量和土壤养分 差异显著，人工固沙灌木林土壤养分和土壤微生物 量均有不同程度的提高，随着土层加深表现出降低 趋势[24]。由此可见，种植合适的人工林确实能达到 土壤恢复的效果。

通过选取物理、化学、生物指标来研究土壤质量 是目前研究者广泛使用的一种分析方法。理化生特

性可以准确地指示土壤肥力的高低，在研究土壤质 量上具有一定的科学性、合理性、客观性。由于土壤 系统处于一个复杂而多变的环境中，以后相关研究 应该继续采用此种方法并结合更多样化的评价方法 以求研究结果的准确性和可靠性。

2 土壤质量评价方法

生态系统类型、土壤功能、土地利用方式在不同 地区各有差异，相关研究的评价目的和评价尺度也 各有不同，评价方法也呈现出多样化、地域化、客观 化、适用化特征。然而，土壤质量评价在国际上目前 没有统一标准，也没有固定方法。根据前人的研究 经验，评价方法可以概括为定性评价和定量评价。 2.1

指数法

指数法是目前广泛使用的方法，能够指出众多 指标总体趋势并分析存在的潜在矛盾。它包括土壤 质量综合指数法和土壤相对质量评价法。王杨扬等 选择山西省安太堡露天矿排土场为研究区，利用土 壤质量指数法分析了复垦21a且以3种刺槐\"?〇6- iwia

L.)为优势物种的复垦模式下与

土壤质量相关的&项理化性质指标，结果表明：经刺 槐复垦后土壤养分含量及有机碳含量在各土层均高 于原地貌及未复垦地；土壤质量综合指数也呈现出 相似规律，合理种植刺槐可以有效改良土壤质 量[25]。张连金等以北京九龙山13种林分类型的土 壤为研究对象，通过选取土壤指标，综合运用非线性 隶属度函数法值、灰色关联法、综合指数法和加权求 和法对土壤质量进行综合评价，结果表明：所有林分 表土层的综合质量远高于其他土层，研究区土壤综 合质量总体偏低，大多处于中下水平，仅表土层较 好+6]。赵娜等选取华北低丘山地退耕还林区的耕 地、农田撂荒地、退耕1〇a刺槐林和退耕#3a刺槐 林为研究对象，采用土壤质量综合指数法分析了退 耕措施对土壤质量的影响，结果表明：随着退耕年限 延长，退耕刺槐人工林土壤养分在表层富集作用越 来越明显，养分含量明显增加，微生物量显著提高。 由此可见，人工造林能达到改善退耕地土壤质量的 效果+&。2.2动态评价法

动态评价法包括土壤质量动力学方法和动态计 量学方法。Larson和pierce率先提出土壤质量动

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力学方法，该方法将土壤质量表达成各种土壤性质 函数，土壤性质为自变量，土壤质量为因变量，求导 后得出土壤质量变化速率；动力学结构模型是动态 计量经济学方法的核心，主要在研究土壤质量、土壤 生产力与控制土壤质量关键变量间的关系上发挥重 要作用。动态评价法为土壤质量动态监测提供坚实 的理论基础，在分析土地退化的经济影响和农业政 策对土壤质量的影响方面作用突出[28]。Kim K等 认为测量土壤质量是极其困难的，但它具有明显的 经济重要性。他们在研究中提出了一种用动态生产 函数模型从输人和输出数据推断土壤质量变化的方 法，并对田间土壤质量实施动态测量，认为其研究方 法和结果将有助于提供更坚实的实证基础，以分析 土地退化的经济影响和农业政策对土壤质量的影 响+0]。动态评价法的独特之处就是其结果可以用 于经济学分析，对实际生活意义重大。可见，土壤系 统处于不断变化之中，土壤质量不仅随着时间推移 和空间转移而呈现出差异，在农业政策、不同程度的 人为干扰下也有所区别。因此，把握好时间和空间 2个维度去分析土壤质量，多角度考虑其他因素，多 种方法相结合来研究土壤质量是未来可取的研究方 。

2.3生命周期评价方法

生命周期评价法是一个量化方法，用来分析一 个产品从原材料开始一直到最后成品这一处理过程 中的能量物质流动，它充分考虑了农业生产对土壤 的影响+$]。LegazBV等在生命周期评价方法的基 础上提出了一种系统的、最新的模型:定性评价将土 地利用、土地转换与土壤影响指标（土壤性质、功能 和威胁）联系起来，他们选择了 11个与土壤有关的 模型，根据不同的标准进行评估，提出了一个新的土 地利用因果链来验证土地利用对土壤的影响，综合 考虑了因果关系影响的途径，最终为开发和确定土 地利用变化和土地利用影响的全面、可靠评估模型 提供了科学理论依据+1]。Mattsson等人用该方法 从土壤原始阶段到作物生长过程，从养分利用、耕耘 收获，再到运输、产品包装使用，直到最后产生的废 物处理，为之后田地恢复再次开始做准备，整个过程 对土壤质量进行了评价+2]。这一方法属于量化的 分析方法，有一个周期性的循环过程，因此在土壤质 量评价方面也能发挥其独特作用。

2. 4综合评价方法

地理信息系统（GIS $地统计学、数学模型、模

糊数学法、灰色关联分析法、最小数据集确定土壤质 量指标法、定性与定量相结合评价法等受到土壤质 量科研者的重视。目前，很多研究都倾向于选择两 者甚至三者以上分析方法结合起来综合评价土壤质 量。Waiesi等用最小数据集和土壤质量指数法综合 评估了牧场转换和退化多年的土壤质量，进而研究 天然草地转化为耕地土壤的功能和质量的潜在影 响+3]。通过研究陆地干旱和半干旱地区天然草地， 选取相关理化生指标，发现土壤有机碳、电导率和芳 基硫酸酯酶活性可作为最小数据集的关键指标，同 时也很大程度地影响着土壤质量指数，这种作用在 土壤表面尤为明显。由此得出，土壤有机碳、电导率 和芳基硫酸酯酶活性是最重要的指标，可用于监测 和评估相对干旱和半干旱地区的山地环境与农田相 互转换后土壤质量的优劣。李婕羚等通过研究贵州 省兴仁县回龙镇无籽刺梨种植基地，综合分析了土 壤质量相关的物理、化学和生物学性质，选取了 16 个土壤

，结

方 、

集

评价了土壤质量，同时根据划分样方所在的坡位不 同，对其相应的土壤质量评价结果进行了对比分析， 结果 明

集

相关

可以

进

行当地土壤质量评价+4]。Adeyolanu 0 D等研究 了位于尼日利亚南部3个地区（奥约州、奥孙州、埃 基蒂州）的农田土壤质量情况，采用定性与定量相结 合的评价方法，并在两者之间建立关系，对土壤质量 指数进行相关性分析，结果发现相关系数(r=0. 05) 水平上在65%〜90%之间范围的土壤质量定性指 标差异显著，而定量指标范围则为64%〜87%;定 性和定量评价方法之间的相关系数r在0. 64! 0*3范围之间，表现出极显著相关，由此可见两种方 法可用于土壤质量评价+5]。KinoshitaW等研究了 肯尼亚西部土壤，利用可见近红外反射光谱 (VNIWS)(350!2 500 nm)从中选取年代较为久远 的227个老成土风干土样并测量了 16个相关的土 壤质量指标+6]。在选取样点的同时还采用了偏最 小二乘回归法，这种结合的方法成功地预测了土壤 质量相关理化、生物指标的好坏。总之，可见近红外 反射光谱法、野外采样和室内指标分析三者结合可 以很大程度上增加土壤质量评价预测的可靠性。鉴

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于可见近红外反射光谱法在土壤质量理化、生物学 常规指标快速评估上具有低成本的良好潜力，未来 各地区土壤质量评价可以推广使用。

3展望

良好的土壤环境能保障植物群落健康、持续生

长，土壤系统作为陆地亚系统的重要组成部分，其质 量的好坏深刻影响着整个生物圈的可持续发展。近 年来，生态环境破坏严重，土壤盐碱化、沙漠化、水土 流失等问题突出，为了整个生物圈可持续发展，研究 者有责任找到科学合理的研究方法来提高土壤质量 并改善土壤环境。在以后的科研工作中，应该加强 以下4个方面的研究。

1)

建立土壤质量标准，制定一套评价土壤的系统方法，并将土壤化学、物理和生物等相关学科 统一起来评价土壤质量。目前，将土壤的物理、化学 指标结合起来评价土壤质量较为常见，单就研究生 物指标也不在少数，但将理化生指标结合起来并向 微观领域发展，结合土壤动物、土壤微生物、土壤呼 吸、有机碳等当下研究热点来综合评价土壤质量还 很少见，应是以后努力方向。

2)

目前，对各地区土壤质量的研究多集中于性描述，定量描述研究方面还远远不够，两者的结合 也不深人，未来应多角度考虑土壤质量与其他因素 的关系，特别提出地区性植被根分解对土壤质量的 影响，诸如土壤质量与生物多样性、土壤质量与土壤 动物、土壤质量与土壤微生物、土壤质量与能量转 换、土壤质量与土地利用方式、土壤质量与重金属污 染转移等。

3)

评价指标选取不应该仅局限于土壤属性来的评价工作需要将影响土壤质量的社会和经济因 素考虑在内，从人类社会学等方面更加全面系统地 反映土壤质量状况；从时间和空间2个维度研究土 壤质量，在不同研究区域内建立观测站，定时定点对 土壤质量的动态变化进行监测和预警；根据实地研 究状况建立数学模型，使土壤质量评价更加科学化。 LiuY等就采取了一种支持向量机的城市土壤质量 分类模型对太原土壤质量进行评价，结果表明此分 类模型在土壤质量评价中是可行的、可靠的，能为相 关生态问题提供参考[37]。

4) 评价工作者应加强对环境因素的考虑，应用

生态学、管理学、社会学、经济学方法、3S技术、地理 信息系统(GIS )、地统计学、数学模型、土壤光谱分 析模型及技术、数理统计学等多种方法相结合来综 合评价土壤质量；进一步完善土壤质量等级划分方 法，建立土壤质量国家标准化，评估我国土壤质量演 变规律，创建典型区域土壤质量数据库和监测预警

。

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(编辑潘秀华）