基于土壤功能與脅迫的耕地土壤健康評價方法

趙 瑞 吳克寧,2 楊淇鈞 馮 喆 趙華甫 張 琢

(1.中國地質大學(北京)土地科學技術學院， 北京 100083； 2.自然資源部土地整治重點實驗室， 北京 100035)

0 引言

耕地是保障國家糧食安全的基礎，土壤是耕地生產(chǎn)的重要載體，是維持耕地可持續(xù)利用至關重要的有限資源?，F(xiàn)有的耕地土壤健康(質量)評價研究大多關注生產(chǎn)能力，而對土壤功能與生態(tài)環(huán)境效應考慮不足，這不利于科學評價和管理[1]。土壤健康研究可在土壤管理中增加生物學觀點，以應對糧食生產(chǎn)的可持續(xù)性挑戰(zhàn)[2]。土壤健康狀況直接影響著人類的生產(chǎn)、生活和生態(tài)安全，研究耕地土壤健康狀況及其空間分布特征，對實現(xiàn)耕地資源管護，保障糧食安全和生態(tài)文明建設具有緊迫的現(xiàn)實意義[3-4]。近年來，一些國家和國際組織相繼提出了有關土壤健康的行動計劃，如世界糧農(nóng)組織的全球土壤伙伴計劃(Global soil partnership，GSP)、美國農(nóng)業(yè)部的土壤健康——解開土壤奧秘行動計劃、歐盟土壤健康行動計劃等，中國土壤學會于2018年成立土壤健康工作組，開始關注健康土壤的培育思路及行動路徑[5]。

在早期研究中，“土壤健康”常用作“土壤質量”的同義詞。土壤質量評估通常側重于作物生產(chǎn)，但實質上，土壤健康涵蓋土壤在水質、氣候變化和人類健康方面的綜合影響作用[6-8]。1941年LEOPOLD[9]首次提出“土壤健康”是土壤具有的自我調(diào)節(jié)與更新的能力。隨著研究的不斷深入，土壤健康概念進一步完善，使用較多的是美國農(nóng)業(yè)部定義的“土壤作為重要的生態(tài)系統(tǒng)，可維持動植物和人類生命的持續(xù)能力”[10]。我國于2016年將土壤健康概念引入GB/T 33469—2016《耕地質量等級》，土壤作為一個動態(tài)生命系統(tǒng)具有維持其功能的持續(xù)能力。也有學者陸續(xù)進行了土地健康[11]、土壤健康[12]、耕地健康[13]、耕地健康產(chǎn)能[14]等研究，豐富了土壤健康的內(nèi)涵。在ANDREWS等[15]提出的土壤管理評價框架(Soil management assessment framework, SMAF)下，土壤健康評價方法已形成了“制定評價目標—明確評價對象和涉及的土壤功能—選取評價指標與評價方式—輸出評價結果”的常用技術路線。土壤具有多種功能，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和維持陸地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定等方面發(fā)揮著重要作用。通過選取土壤屬性、地形地貌和氣候條件等指標，利用定性定量模型和數(shù)字土壤制圖技術準確表征各種土壤功能，然后對多種土壤功能的評價結果進行整合和分析，這是土壤健康評價的基礎[16]。

目前，已有如康奈爾土壤健康綜合評價(Comprehensive assessment of soil health-the Cornell framework, CASH)系統(tǒng)[17]、印度土壤健康卡(Soil health card, SHC)[18]和歐洲土壤監(jiān)測和評估框架[19]等土壤健康評價方案，但均未明確目標土壤功能，只能滿足特定空間尺度的土壤利用與管理需求[20]。此外，健康的土壤具有恢復力和抵抗力，能夠在沒有環(huán)境污染脅迫的情況下實現(xiàn)高生產(chǎn)力[21]。德國同時關注土壤功能和重金屬污染脅迫，進行了服務于自然資源管理實際需求的土壤功能評價研究[22]。歐盟土壤專題戰(zhàn)略確定了對歐洲土壤質量的主要威脅是土壤侵蝕、有機質減少、污染、密封、壓實、土壤生物多樣性減少、鹽漬化、洪水和滑坡[23]。歐洲環(huán)境局提出的DPSIR(Driver-pressure-state-impact-response)框架將整個土壤生態(tài)系統(tǒng)服務過程和土壤脅迫聯(lián)系在一起，評價和管理土壤生態(tài)系統(tǒng)服務功能[24]，并用來支持和管理土壤資源的相關決策。DPSIR框架強調(diào)了土地利用管理和土壤脅迫，指出了土壤功能發(fā)揮可能受到的阻礙[25]。現(xiàn)有將土壤生態(tài)系統(tǒng)服務與土壤功能結合的研究中鮮有考慮土壤脅迫作用[26]。目前，國內(nèi)外土壤功能分類方案不盡相同[27]，但土壤健康研究中關注的主要土壤功能多與農(nóng)林生產(chǎn)密切相關，如初級生產(chǎn)力、養(yǎng)分供給與循環(huán)等功能[28]。近年來，土壤健康評估方法研究[29-34]的核心思想都是通過匯集豐富多元的信息開展定性、定量評估，以便系統(tǒng)、直觀地表征土壤健康狀況。

土壤具有多相性和多功能性，衡量土壤健康(質量)狀況不可能使用單一指標和方法，也無法一直通用一個標準[35]。基于此，本文總結并融合德國M-SQR評估方案和美國康奈爾土壤健康評估指標，整合“評價指標—土壤功能/脅迫—土壤健康”的評價路徑，探討土壤健康評價的新方法。以河南省溫縣為例對其進行適用性研究，探討評價指標、評價方法以及土壤功能與土壤健康間的空間差異，以期豐富和完善耕地土壤健康評價指標體系和方法，平衡區(qū)域內(nèi)糧食生產(chǎn)與環(huán)境保護的關系，為耕地土壤資源的可持續(xù)利用和管理提供技術支持。

1 理論框架和研究方法

1.1 土壤功能供需、土壤脅迫和土壤健康的關系表達

近年來，土壤功能、土壤生態(tài)系統(tǒng)服務與土壤脅迫共同構成了土壤健康評價研究的主要內(nèi)容[36-37]。人類利用土壤的最終目的是滿足基于人類福祉的生態(tài)系統(tǒng)服務。千年生態(tài)系統(tǒng)評估將生態(tài)系統(tǒng)服務定義為“自然過程和組成部分直接或間接提供滿足人類需求的商品和服務的能力”[38]。土壤健康狀況反映了土壤提供生態(tài)系統(tǒng)服務的能力，土壤功能是以土壤為基礎的生態(tài)系統(tǒng)服務，有助于產(chǎn)生對人類社會需求和環(huán)境有益的商品和服務。土壤功能也是支撐提供生態(tài)系統(tǒng)服務的一系列土壤過程[39]，土壤脅迫卻是影響這一系列過程的重要危險因素[40]。土壤功能從生態(tài)系統(tǒng)傳遞到社會經(jīng)濟系統(tǒng)為人類所使用，形成功能服務流即為實際供給。人類消費和使用土壤功能所生產(chǎn)的產(chǎn)品和服務，形成功能消費流即為需求。自然、氣候、環(huán)境、人為活動等因素會在一定程度上影響土壤功能供需狀態(tài)。尤其是作為耕地的直接使用者，人類需求影響著耕地土壤的利用方向和利用程度，也決定了功能發(fā)揮程度。土壤功能實際供給可以被人類社會利用，但為了不斷滿足人類需求，可能會造成土壤提供商品和服務的能力超過其本身的實際供給能力，導致土壤功能供需失衡，進而產(chǎn)生一定的脅迫作用，如養(yǎng)分失衡、有機質減少、土壤生物多樣性減少等。而在耕地系統(tǒng)保持土壤健康的過程中，自然環(huán)境災害和不當?shù)娜藶榛顒右矔a(chǎn)生一定的脅迫作用，如土壤侵蝕、土壤污染、土壤酸化、鹽漬化等。

基于此，本文參照文獻[41]利用“木桶結構”闡釋的基于土壤功能與脅迫的土壤健康觀，初步表達土壤功能供需、土壤脅迫和土壤健康之間的關系(圖1)，將初級生產(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)等土壤功能的供給能力類比為組成各個木桶的木板，將土壤健康看作木桶發(fā)揮正常作用的狀態(tài)。土壤天生稟賦有差異，對土壤資源的管護應該是補短板與漏洞(消除土壤脅迫作用)，而非一味加高木桶(不斷集約化生產(chǎn)滿足人類需求而拔高“土壤質量”，不斷索取功能服務，造成土壤生態(tài)系統(tǒng)結構失調(diào)、欠穩(wěn)定的不可持續(xù)狀態(tài))?；凇澳就敖Y構”，判斷土壤系統(tǒng)是否存在短板、漏洞(脅迫作用)或結構(供需失衡)問題，以判斷各種耕地利用類型的土壤健康狀況。

以土壤功能研究見長的歐盟研究團隊提出將各類土壤功能評價結果分土地利用類型進行整合，指導功能性土壤管理，以實現(xiàn)土壤健康管護。本文從土壤健康經(jīng)典定義中的“功能”入手，引入功能性土壤管理理論[42]，基于“功能”供需視角[43]，將抽象的土壤健康解構為多種易被客觀描述的、與農(nóng)林生產(chǎn)相關的土壤功能，再結合具體耕地利用類型(旱地、水田、水澆地)對土壤功能的需求，探討土壤功能供需能力和土壤脅迫程度，由此評價土壤健康狀況。因此界定“耕地土壤健康”的內(nèi)涵為：基于耕地(旱地、水澆地和水田)自身特性與利用需求，持續(xù)供給初級生產(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種土壤功能，且不存在顯著土壤脅迫的狀態(tài)。聯(lián)合國提出的全球可持續(xù)發(fā)展目標(SDGs)中有13項與土壤有關，消除土壤污染是達到其中SDG2 “零饑餓”、SDG3 “良好健康與福祉”等幾項目標的重要途徑和手段[44]。土壤污染影響食物安全、生物安全、人體健康等多個方面?？紤]到重金屬污染是我國目前耕地安全利用的主要威脅[45]，而土壤有機質減少、養(yǎng)分失衡、酸化等其他土壤脅迫因素都可以在土壤功能的具體評價指標中體現(xiàn)，本文初選重金屬污染為威脅土壤健康的目標脅迫作用，結合土壤健康內(nèi)涵與耕地利用導向，明確5種土壤功能的供需與土壤健康狀況之間的關系，擬定“評價指標—土壤功能/脅迫—土壤健康”整合評價路徑，構建耕地土壤健康評價理論框架(圖2)。基于理論框架，本文基于先驗知識，構建半定量化的土壤功能供需判別矩陣，再疊加土壤重金屬污染脅迫水平，形成以表征土壤功能與重金屬脅迫為核心的耕地土壤健康評價矩陣。

1.1.1土壤功能供需判別矩陣

借用木桶理論，健康的農(nóng)業(yè)土壤根據(jù)土地利用類型對各種土壤功能的需求存在差異。當人類需求較小或者土壤功能性較高時，土壤功能可以滿足人類需求，達到實際供給大于等于人類需求；而當人類需求對土壤功能的利用超過其本身具有的能力，造成實際供給小于等于人類需求。鑒于此，基于土壤功能實際供給與需求之間的過程關系，通過對土壤功能供給能力和人類對土壤功能的需求賦值，建立土壤功能供需矩陣，并選取供需比來解釋實際供給與需求之間的盈余關系[46]，即表征土壤功能的實際供給是否可以滿足當下人類社會的需求。采用生態(tài)系統(tǒng)服務價值化法和德爾菲法[47-48]，根據(jù)專家知識與針對性訪談，為旱地、水澆地、水田3種耕地利用類型對5種土壤功能的需求和供給能力進行5分制賦分，1～5分別代表低需求(供給)到高需求(供給)。將5種土壤功能與主要的3種耕地利用類型進行關聯(lián)，構建土壤功能供需判別矩陣。最后將土壤功能供需綜合判別結果分為功能滿足、功能基本滿足和功能不滿足3類(圖3)。

1.1.2耕地土壤健康評價矩陣(土壤健康分級方案)

在土壤功能供需判別矩陣(圖3)的基礎上，根據(jù)GB 15618—2018《土壤環(huán)境質量 農(nóng)用地土壤污染風險管控標準(試行)》，將土壤重金屬污染脅迫分為優(yōu)先保護、安全利用和嚴格管控3類風險等級，與土壤功能供需綜合判別結果疊加將土壤分為健康、亞健康和不健康3個等級，形成土壤健康評價矩陣(圖4)。

1.2 評價指標選取

影響土壤功能的因素眾多，建立的指標體系須遵循穩(wěn)定性、主導性、區(qū)域性、系統(tǒng)性的原則，選取有代表性、可操作性的指標。按照土壤健康評價總體框架(圖2)，本文設定了一套土壤功能評價指標體系(表1)。其中，指標屬性主要包括氣候、地形、水分和土壤4方面?？紤]到氣候和地形因子是影響土壤形成和發(fā)育的重要自然地理條件，選取了與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)密切相關的年積溫和年降水量指標，并選取坡度、地貌類型等地形指標來表征區(qū)域內(nèi)的水熱狀況。考慮到數(shù)據(jù)獲取的難易程度，水分條件選取土壤含水率指標，用于衡量土壤供水和排水能力。此外，參考前人研究[49-50]，選取了土層厚度、土體構型等評價指標，并按照物理、化學和生物分為3大類。其中，土壤質地、有機質含量、pH值等20項指標影響初級生產(chǎn)力功能[51]；土層厚度、容重、質地等10項指標影響水凈化與調(diào)節(jié)功能[52]；有機質含量、年降水量等8項指標影響碳封存與調(diào)節(jié)功能[53]；土壤呼吸速率、蚯蚓數(shù)量等9項指標影響生物多樣性供給功能[54]；土壤質地、有機質含量等6項指標影響?zhàn)B分供給與循環(huán)功能[55]。

表1 土壤功能評價指標體系

1.3 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)處理

1.3.1研究區(qū)概況

溫縣位于豫北平原西部，屬河南省焦作市，介于北緯34°48′30″～35°2′48″，東經(jīng)112°51′0″～113°13′30″之間，下轄10個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，行政區(qū)域總面積48 130.05 hm2，耕地總面積為32 917.17 hm2，全部為水澆地。溫縣地處黃河下游，地勢西北高、東南低，形成以青峰嶺為界限的南灘北洼中間崗地貌特征。青峰嶺以南為黃河漫灘，土壤類型以黃潮土為主；青峰嶺以北為沖積扇形平原，土壤類型為兩合土或褐土化兩合土，洼地為淤土。溫縣全年氣候溫和，四季分明，年平均氣溫約14.4℃，一年兩熟制，主要作物為冬小麥和夏玉米，是我國重要的糧食主產(chǎn)區(qū)。作為河南省重要的小麥種子生產(chǎn)基地，也是山藥、地黃、菊花、牛膝等“四大懷藥”產(chǎn)地。近些年來，土地利用者通過增加施用農(nóng)藥和化肥提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，導致耕地土壤可能存在環(huán)境狀況惡化、土壤污染等問題，制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

1.3.2數(shù)據(jù)來源

以溫縣第三次全國土地調(diào)查中的5 038個耕地圖斑為研究對象。土體構型、耕層質地數(shù)據(jù)來自河南省第二次土壤普查數(shù)據(jù)。有機質含量、 pH值等來自2018年138個土壤實際采樣點數(shù)據(jù)和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部2018年測土配方施肥2 939個樣點數(shù)據(jù)。重金屬污染等利用2018年生態(tài)環(huán)境部農(nóng)用地土壤污染詳查數(shù)據(jù)庫。土壤蚯蚓數(shù)量、微生物量碳含量和土壤呼吸速率數(shù)據(jù)通過2018年86個樣點實地采樣獲取。

1.4 綜合評價方法

1.4.1土壤功能供給能力評價

利用多因素綜合評價法建立耕地土壤功能供給能力評價模型，計算公式為

(1)

式中Pi——第i個評價單元的耕地土壤功能供給能力評價分值

Fij——第i個評價單元第j個評價指標的分級分值

Wij——第i個評價單元第j個評價指標的權重

1.4.2土壤功能評價指標權重和分級

為了消除部分指標量綱不同的影響，采用變異系數(shù)法確定動態(tài)屬性指標客觀權重，并邀請土地管理、土壤地理等相關專家，采用層次分析法與專家打分相結合的方法確定固有屬性指標權重。此外，通過文獻分析總結確定各個指標的分級[56]，如表2所示。

表2 土壤功能評價指標分級

1.4.3土壤功能供需比

利用人類需求和土壤實際供給的比值——供需比表征土壤功能從耕地生態(tài)系統(tǒng)到社會系統(tǒng)的傳遞和利用過程，根據(jù)供需比將土壤功能供需分為功能滿足、功能基本滿足和功能不滿足3類，土壤功能供需比小于1時，為盈余狀態(tài)，表明土壤功能供給能夠滿足社會需求；供需比等于1時，為平衡狀態(tài)，表明土壤功能供給基本能夠滿足社會需求；供需比大于1時，為虧損狀態(tài)，表明土壤功能供給不能滿足社會需求。

將溫縣1級到3級土壤功能供給能力分別賦5、3、1分，采用生態(tài)系統(tǒng)服務價值化法和德爾菲法，根據(jù)專家知識與針對性訪談和統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對溫縣水澆地利用過程中對土壤功能的需求進行5分制賦分，形成溫縣水澆地土壤功能供需評價矩陣(表3)。

表3 溫縣水澆地土壤功能供需判別矩陣

1.4.4土壤重金屬污染脅迫分類

依據(jù)GB 15618—2018《土壤環(huán)境質量 農(nóng)用地土壤污染風險管控標準(試行)》中的篩選值Si(mg/kg)和管控值Gi(mg/kg)，基于表層土壤中鎘、貢、砷、鉛、鉻含量Ci(mg/kg)，評價耕地土壤污染的風險，按照表層土壤的鎘、貢、砷、鉛、鉻中類別最差的因子確定該點位綜合評價結果。以此把土壤重金屬污染脅迫劃分為優(yōu)先保護、安全利用和嚴格管控3類風險等級：Ⅰ類：Ci≤Si，土壤污染風險低，可忽略，應劃為優(yōu)先保護類；Ⅱ類：SiGi，土壤存在較高污染風險，應劃為嚴格管控類。

2 結果與分析

2.1 土壤功能供給能力空間分異特征

根據(jù)提出的指標體系和評價模型，利用自然斷點法(Natural breaks)將土壤功能指數(shù)劃分為3個級別，1級功能最好，得到土壤功能供給能力評價等級分布圖(圖5)。

數(shù)量結構上，溫縣耕地土壤初級生產(chǎn)力、養(yǎng)分供給與循環(huán)、碳封存與調(diào)節(jié)、水凈化與調(diào)節(jié)和生物多樣性功能供給能力指數(shù)分別在73.34～92.91、62.96～91.27、78.83～92.73、74.43～95.19和70.21～94.60之間。其中各類1級功能土壤面積分別為14 336.12 hm2(43.55%)、14 075.76 hm2(42.76%)、24 374.31 hm2(74.05%)、16 802.23 hm2(51.04%)和12 197.86 hm2(37.06%)，2級功能的土壤面積分別為10 409.21 hm2(31.62%)、12 585.83 hm2(38.23%)、4 700.33 hm2(14.28%)、10 522.40 hm2(31.97%)和15 275.28 hm2(46.41%)，其余為3級功能的土壤?？臻g分布上，1級土壤功能的耕地主要分布在溫縣的中部和北部以及南部局部地區(qū)，分布面積最大的鄉(xiāng)鎮(zhèn)主要包括黃莊鎮(zhèn)、番田鎮(zhèn)和祥云鎮(zhèn)；3級土壤功能的耕地主要分布在溫縣中南部和西南部，分布面積最大的主要是溫泉鎮(zhèn)、祥云鎮(zhèn)和招賢鄉(xiāng)。

2.2 土壤功能供需判別空間分布

通過計算得到溫縣初級生產(chǎn)力功能供需主要以功能不滿足為主(圖6)，56.45%的區(qū)域實際供給不能滿足現(xiàn)階段的需求；其余為功能滿足區(qū)，主要分布在中部和中北部區(qū)域，占總面積的43.55%；養(yǎng)分供給與循環(huán)功能不滿足區(qū)面積最小，占19.00%，主要分布在南部的部分田塊，功能滿足區(qū)主要分布在中北部，占42.76%；全縣74.05%的耕地碳封存與調(diào)節(jié)功能的實際供給可以滿足人類社會對其需求，25.95%的耕地不能滿足這一需求，主要在北部和南部部分區(qū)域。水凈化與調(diào)節(jié)和養(yǎng)分供給與循環(huán)功能的空間分布規(guī)律大致相同，主要呈現(xiàn)中部滿足、南部四周不滿足的空間格局，超過50%的區(qū)域處于供給盈余的狀態(tài)。5種土壤功能供需空間格局基本呈現(xiàn)由南向北逐漸遞增的趨勢，以青峰嶺為界，中北部土壤功能的供給能力均較強，供需盈余，而南部區(qū)域供需處于失衡狀態(tài)，不能滿足功能需求。

2.3 耕地土壤健康空間分異特征

根據(jù)GB 15618—2018《土壤環(huán)境質量 農(nóng)用地土壤污染風險管控標準(試行)》中的污染物風險閾值計算得出，溫縣幾乎沒有土壤重金屬污染脅迫(圖7)，94.90%的耕地土壤屬于安全級別，4.99%的土壤屬于警戒水平，0.11%的土壤需要嚴格管控利用。參考COYLE等[57]提出的土壤功能供需矩陣，根據(jù)耕地利用方式，確定每個土壤功能的權重，其中初級生產(chǎn)力、水凈化與調(diào)節(jié)、碳封存與調(diào)節(jié)、生物多樣性供給和養(yǎng)分供給與循環(huán)的權重分別為0.691 2、0.034 6、0.024 2、0.024 2和0.225 8。通過計算，溫縣有5 588.86 hm2(16.98%)耕地土壤實際供給滿足現(xiàn)階段需求，14 628.35 hm2(44.44%)耕地基本滿足，12 699.95 hm2(38.58%)耕地不能滿足。

將土壤重金屬污染脅迫等級與土壤功能供需綜合判別結果疊加可知，溫縣亞健康的土壤面積最多，為14 616.38 hm2(44.40%)；其次不健康的土壤面積為12 722.05 hm2(38.65%)，健康的土壤面積最少，為5 578.74 hm2(16.95%)。溫縣不同耕地土壤健康等級交錯分布。健康的土壤較散地分布在黃莊鎮(zhèn)、番田鎮(zhèn)、武德鎮(zhèn)、祥云鎮(zhèn)的部分田塊。健康的耕地土壤類型主要為褐土化崗地兩合土、淤土、兩合土、小兩合土，砂粘比例適中、土壤耕性良好，通透性好、耕作方便、耐旱耐澇、土體深厚透水性強。健康的土壤大多為通體壤，土壤松緊狀況適宜，團聚體相對穩(wěn)定，陽離子交換能力強，土壤養(yǎng)分和有機質含量高，土壤生物活性也相對較高，土壤整體比較肥沃，且多為蒙金土構型，對土壤水、肥、氣、熱狀況調(diào)節(jié)較好，適宜于作物生長。此外，不存在重金屬污染脅迫作用。但是也要注重在這部分耕地上積極采取相應的舉措避免不健康因素的產(chǎn)生，重點推動農(nóng)作物秸稈覆蓋還田、免(少)耕播種等保護性耕作技術，增加秸稈覆蓋還田比例，增強土壤蓄水保墑能力。不健康的耕地土壤主要分布在青峰嶺以南的溫泉鎮(zhèn)、祥云鎮(zhèn)、招賢鄉(xiāng)和趙堡鎮(zhèn)，主要土壤類型是砂壤土和體砂兩合土，土體雖然深厚，但是土壤養(yǎng)分低、保水保肥能力差，容重偏大，通氣透水、養(yǎng)分含量中等，并且因為化肥農(nóng)藥的高投入和制革制鞋產(chǎn)業(yè)導致少量的重金屬污染脅迫。這部分耕地要注重“用養(yǎng)結合”，增施有機肥和種植綠肥相結合，增施土壤改良劑，改善土壤的吸附性能，保護土壤生物多樣性，實施化肥農(nóng)藥減施增效計劃，減輕土壤的“負擔”。其余均為亞健康的土壤分布，有少量的土壤偏緊實，土壤蓄水保肥能力相對較高，有機質含量也較高，生物活性較強。這部分耕地要注重深耕深松，秸稈還田，增加作物多樣性，適當增施有機肥，培肥土壤，改善土壤結構，增加土壤的透氣、透水和保肥能力，恢復土壤活力。

3 討論

本文土壤健康評價主要參考了歐盟Horizon2020-LANDMARK評價系統(tǒng)，側重探討評估方法，除考慮土壤生產(chǎn)功能外，還考慮了其他的土壤功能，并且每項功能都有各自對應的評價指標。有針對性地選取指標，覆蓋氣象、地形、水文、土壤理化生性質等多方面，能大體反映出各土壤功能的實際狀態(tài)和特點。土壤健康分級方案凸顯了重金屬污染的脅迫作用，且土壤不健康的類型和程度也受關注。土壤脅迫類型不僅包括污染，還應包括侵蝕、酸化、堿化、沙化、水土流失等，雖然本文選取的評估指標都能一定程度反映土壤健康(功能)的限制和脅迫因素，但是還需研究具體的田塊土壤不健康限制因素，為科學的土壤管理和改良提供明確的方向，實現(xiàn)耕地資源的精細化風險管理。

在耕地土壤健康理論研究缺位和實踐方案存在缺陷的背景下，本文總結并融合德國M-SQR評估方案和美國康奈爾土壤健康評估指標，引入歐盟功能性土壤管理理論，將耕地土壤健康解構為與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相關的土壤功能，再結合具體耕地利用類型(旱地、水田、水澆地)對土壤功能的需求，探討土壤功能供需能力和土壤脅迫程度，由此評價土壤健康狀況。評價理念和方法具有一定的依據(jù)，并合理利用各土地管理部門相關的土壤調(diào)查評價基礎數(shù)據(jù)，節(jié)約了人力與資本的投入，可以初步作為中國縣域尺度耕地土壤健康評價的實用性參考框架。但實證研究區(qū)只有水澆地這一種耕地利用類型，部分指標的分級量化可能只根據(jù)研究區(qū)實測數(shù)據(jù)的差異性，不一定適合于其他區(qū)域。中國幅員遼闊且地域差異較大，仍需要針對區(qū)位條件及土壤特點，選擇耕地利用類型多樣的區(qū)域進行驗證，提高耕地土壤健康評價方法的科學性。此外，耕地土壤健康評價結果準確與否也直接影響到其成果的應用效果，科學驗證耕地土壤健康評價方法的可靠性值得重點關注和進一步研究。

4 結論

(1)基于功能性土壤管理理論，參考改進了歐美相關土壤健康和土壤功能評價的主流技術路線，設計了基于土壤功能表征結果和重金屬脅迫風險管控疊加的土壤健康分級方案。定義并量化了耕地(旱地、水澆地和水田)土壤健康狀況與土壤功能的供需關系，科學應用土壤功能評價指標與表征方法，實現(xiàn)了從土壤功能與脅迫到土壤健康的表達，豐富和完善了目前耕地土壤質量(健康)評價指標體系。以豫北平原糧食主產(chǎn)區(qū)——河南省溫縣為例，根據(jù)構建的評價指標體系，采用定性和定量相結合的方法，對耕地土壤功能、土壤健康狀況分別進行了量化評估。

(2)溫縣耕地土壤初級生產(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)功能供需空間格局基本呈現(xiàn)由南向北逐漸遞增的趨勢，以青峰嶺為界，中北部土壤功能的供給能力均較強，處于盈余狀態(tài)，而南部區(qū)域供需處于失衡狀態(tài)，不能滿足功能需求。溫縣亞健康的土壤面積最多，為14 616.38 hm2(44.40%)；其次是不健康的土壤面積為12 722.05 hm2(38.65%)；健康土壤面積最少，為5 578.74 hm2(16.95%)。土壤質地、土體構型、土壤養(yǎng)分、土壤生物活性和重金屬污染脅迫是導致縣域內(nèi)土壤健康空間分異的主要因素。

(3)應將土壤改良工程與土地整治工程相結合，改善土壤結構，深耕翻土，施用有機肥，同時平整土地，增加灌溉設施，構建合理的田水路林渠體系，從而保護土壤生物多樣性，保障土壤資源持續(xù)高效安全利用，滿足耕地土壤健康管護需求。