我国土壤健康研究现状与展望
我国土壤健康研究现状与展望
任凤玲,王谦
生态环境部土壤与农业农村生态环境监管技术中心
土壤是地球陆地表面能生长植物的疏松表层,由矿物质、有机质、水分、空气和生物等组成。土壤系统具有初级生产力、水的净化与调节、气候变化与碳固定、生物多样性维持、养分供给与循环5类功能。土壤是人类赖以生存、保障粮食安全与维护生态环境质量的重要物质基础,是陆地上所有生命的基础。土壤健康不仅与粮食、食品安全和人类健康或福祉直接相关,而且有助于维持生态系统功能和服务,从而确保地球健康。
No.1
土壤健康概念提出及内涵
人类社会的发展与土壤资源紧密相连,土壤健康的概念随着历史文明的进步而逐渐受到重视。早在1910年,学术界就提出了土壤健康的概念,当时只关注与土壤肥力相关的物理和化学特征。随着研究的深入,土壤健康的内容不断丰富、内涵不断提升,逐渐与食物健康和人类健康紧密联系起来。20世纪70年代之后,随着全球人口数量增加对粮食等食物需求量不断增多以及人类生活质量提升对食物需求结构等的变化,食物的生产地——土壤面临日益严峻的压力。然而,人类过度开发土壤资源,不断加速土壤的退化过程,对土壤资源的可持续性构成了严重挑战,并对农业可持续发展及生态环境造成了严重威胁。20世纪80年代末期,美国土壤科学协会首次引入了土壤质量这一概念,强调了土壤在生态系统中支持植物生长、维护环境质量以及促进动植物和人类健康的能力。随后, Doran 等 强调了土壤对生态系统内水质、植物和动物健康的多重影响。目前比较认可的土壤健康的定义是由美国农业部(United States Department of Agriculture,USDA)自然资源保护局(Natural Resource Conservation Service,NRCS)给出的,在生态系统与土地利用的范围内,土壤能持续作为有生命的系统维持生物生产力,保持空气和水环境质量,促进植物、动物和人类健康的能力。
No.2
土壤健康评价体系
基于土壤健康评价基准的土壤健康评价方法
类似土壤的生产功能,不同的土壤功能的实现存在差异,土壤的健康也存在较大的差距。最佳条件下(如优化的土壤管理、合理的土地利用、适宜的气候条件以及完善的基础设施等)土壤所能展现的最佳健康状态为土壤健康的最大潜力。鉴于土壤往往受到较大的人为干扰,当进行土壤健康评价时,研究者们倾向于选择那些自然且未被开垦/未受人为干扰的土壤,或是管理得极好的土壤,作为特定区域内土壤健康的基准值;或者依托长期定位试验、监测网点和国家标准,结合预先设定的标准或指标获取土壤健康特征,进而衡量土壤健康当前的状态与健康基准之间的差距,评估土壤管理措施应用的效果,为未来的土壤管理提供指导。这些基准值代表了在当前环境条件下土壤健康可能达到的最高水平。
我国耕地质量(土壤健康)评价方法
在评估我国主要区域的耕地质量时,耕地地力综合指数被广泛采用作为关键衡量标准。为了全面、系统地评价耕地质量,构建了一个涵盖多个方面的评价体系,其中包含气候条件、立地条件、剖面性状、土壤理化性状、土壤养分、潜在障碍因素以及土壤管理策略这七大类别,并细化为50个具体的评价指标。这一评价体系旨在提供更为全面和准确的耕地质量评估结果。
No.3
土壤健康评价结果的应用
改良/修复的效果评价
在修复或改良前,土壤健康评价会揭示土壤的原始状态,为修复或改良措施的选择提供重要依据。在实施修复或改良措施后,再次进行土壤健康评价,可以对比修复或改良前后的变化,评估修复或改良措施的结果,以便优化和完善修复或改良方案。
土壤健康水平提升
土壤健康评价结果可以揭示土壤中有害物质的含量和分布情况,为预防和控制土壤污染提供科学依据。对于有害物质含量超标的土壤,可以采取相应的修复措施,如添加改良剂、种植修复植物等,降低土壤污染的风险。通过土壤健康评价,确定土壤健康的主控因素和障碍因子,从而制定更有效的耕作、施肥和灌溉策略。土壤健康水平提升主要体现为土壤各项功能表现的提升以及障碍因子的改良,是评估农田管理措施可持续性的依据。
土壤健康演变趋势预测
通过定期的土壤采样和分析,可以获取土壤健康指标的变化数据,评估土壤健康的变化趋势,以及不同管理措施对土壤健康的影响。对比不同时间点的土壤健康评价结果,识别出土壤健康下降的原因和趋势,评估修复或改良措施的有效性,有针对性地制定修复或改良方案。土壤健康评价在预测土壤健康演变趋势中的应用,还需要结合地理信息系统(GIS)和遥感技术等现代科技手段。这些技术的应用,为大范围的土壤健康监测和评估提供了支持,确保了预测结果的精确度和可信度。
生态系统服务评估
区域尺度土壤健康评价有助于评估土壤对生态系统服务的贡献,如初级生产力、水的净化与调节、气候调节与碳固持、生物多样性维持、养分的供给与循环。通过土壤健康评价,可以量化评估土壤各项功能在生态系统服务供给中的贡献程度,揭示生态系统服务供给的瓶颈和限制因素,为制定针对性的自然资源管理策略提供决策支持。此外,通过长期监测和评估土壤健康状态的变化趋势,可以预测生态系统服务供给的未来动态,为生态系统的长期保护和管理提供预警和参考。
No.4
土壤健康评价存在的问题及展望
构建符合我国国情的土壤健康评价标准体系
由于我国土壤类型的多样性和不同地区气候、水文条件的显著差异,因此,在构建适合中国国情的土壤健康评价体系时,评价指标的选取需要综合考虑各地区土壤类型的独特性,地理位置、气候条件等因素的相对性和特殊性。应采取灵活的评价策略,实施差异化的评价标准,以适应不同地区的特定条件,进而达成促进可持续发展的目标。
土壤健康评价标准体系的推广应用
在推进土壤健康评价标准体系的推广应用中,综合性的策略与措施显得尤为关键。政策引导与制度保障:为有效推广土壤健康评价标准体系,政府应发挥主导作用,通过制定并出台一系列具有前瞻性和可操作性的政策文件,为土壤健康评价工作提供坚实的制度保障。建立第三方评价机制:这不仅能够提升评价工作的专业性和权威性,还能有效避免利益冲突,保障评价结果的公信力。
进一步重视土壤生物评价指标
加强监管,建立土壤健康监测预警机制
为了确保土壤生态系统的长期可持续性和农业生产力,必须对土壤健康进行有效的监管。这需要构建一个综合性的土壤健康监测体系,该体系能够实时收集土壤物理、化学和生物学特性的数据,并通过先进的分析方法对这些数据进行评估。
我国健康土壤培育策略
我国健康土壤培育的4条技术路径:1)土壤改良。针对耕地土壤存在的障碍因子,采取有效措施进行治理,包括对水土流失严重的区域实施水土保持工程,以减少侵蚀和沉积;对酸化土壤施用石灰质材料进行中和,以及对盐渍化土壤采用淋洗和改良剂施用等方法,以降低盐分含量。同时,通过改善土壤的物理结构和化学性质,如增加有机质含量和调节pH,优化土壤的理化性状,为作物生长创造良好的土壤环境。2)地力培肥。通过施用有机肥料,如堆肥、绿肥和畜禽粪便以及实施秸秆还田等措施,增加土壤中的有机质含量。此外,推行测土配方施肥技术,根据土壤养分状况和作物需求,合理配比和施用化肥,以实现养分的平衡供应。通过粮豆轮作、固氮作物种植和绿肥作物的合理布局,提高土壤的自然肥力,实现土壤的可持续利用。3)保水保肥能力提升。通过深松耕作、打破犁底层等措施,增加耕作层的深度,改善土壤的孔隙结构,提高土壤的通气性和水分保持能力。推广保护性耕作技术,如少耕、免耕和覆盖耕作,减少土壤扰动,保护土壤表层结构,增强土壤的抗侵蚀能力和保水保肥性能。4)污染控制与生态修复。实施化肥和农药的减量施用策略,优化施用方法和时间,减少农业投入品对土壤和环境的负面影响。对于已经受到重金属和有机污染物影响的土壤,采取植物修复、微生物修复和物理化学修复等技术,进行土壤污染的治理和生态修复。同时,加强农膜等农业废物的管理,减少农田残留,防止土壤和环境污染。
健康土壤培育行动5项重点举措:1)退化耕地综合治理,着重于东北地区黑土地退化问题、南方土壤酸化(潜育化)及北方土壤盐碱化的综合防治措施;2)土地污染防治与修复,集中于土壤重金属污染的治理、减少化肥和农药的使用以控制污染以及白色污染(如残膜)的预防和控制;3)土壤肥力保护提升,重点是秸秆还田、增加有机肥料投入、种植绿肥作物以及实施深松土地整理;4)耕作层土壤的剥离与再利用,耕作层土壤是耕地中最富饶且不可再生的部分,需要进行剥离并合理利用;5)土壤健康监测与评估,构建土壤健康调查监测网络和大数据平台,开展土壤健康状况的调查、监测和评估工作。
文章选编转载自公众号《土壤观察》,如有侵权,请及时联系。