土壤質量評價指標體系的構建及評價方法

李鑫，張文菊，鄔磊，任意，張駿達，徐明崗

土壤質量評價指標體系的構建及評價方法

李鑫1，張文菊1，鄔磊1，任意2，張駿達2，徐明崗1

1中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所/耕地培育技術國家工程實驗室，北京 100081；2農業農村部耕地質量監測與保護中心，北京 100125

【】探究國內外土壤質量評價方法與指標體系，梳理土壤質量評價中的研究熱點與發展前沿，為我國土壤質量評估研究及方法應用提供科學參考。基于Web of Science 和CNKI數據庫，利用文獻計量檢索方法，收集有關土壤質量評價指標、最小數據集篩選、土壤質量評價方法等方面的文獻415篇、最小數據集155個。基于土壤質量評價指標選取頻率、評價方法和最小數據集等信息，分析近30年來全球土壤質量評價的發展態勢、前沿領域以及評價中存在的問題。國內外土壤質量評價指標體系涉及25個物理指標、36個化學指標、35個生物指標和19個環境指標。土壤有機質作為土壤質量的核心指標，其選取頻率最高，為96.6%；其次是土壤酸堿度、全氮、速效磷、速效鉀和容重，選取頻率均在50%以上；微生物生物量、土壤酶活性等生物指標選取頻率較低，均小于25%，但呈逐年增加的趨勢。最小數據集構建方法中，主成分分析能最大限度地減少指標冗余，體現原始變量的絕大部分信息，應用最為廣泛。被篩選進入最小數據集的指標中，有機質、速效磷、容重和土壤酸堿度在表征土壤質量時應用廣泛，頻率分別為67.7%、43.2%、34.8%和34.2%。目前土壤質量評價研究主要采用主成分分析方法篩選土壤質量指標，運用土壤質量指數法進行綜合評價，能較準確地評估管理措施對土壤質量的影響，適用于土壤可持續管理。土壤有機質、速效磷、酸堿度、容重和含水量是表征土壤質量的重要評價指標。構建能夠客觀、全面、真實地反映土壤質量變化的指標體系及其與信息技術的融合是未來土壤質量評價研究的重點，應用指標體系在大空間尺度評估土壤質量是未來發展的趨勢。

文獻計量學；Web of Science數據庫；CNKI數據庫；土壤質量；最小數據集；評價方法

0 引言

【研究意義】土壤是人類賴以生存的最基本自然資源，是地球上所有生態系統的自然支撐和生物屏障。土壤不僅為人類提供了生存需要的食物和纖維，而且在確保環境和能源安全、保護生物多樣性等方面都發揮了不可替代的作用[1-2]。在人口急劇增加背景下，人類對土地的過度開發利用導致了土壤侵蝕、肥力下降、次生鹽漬化、酸化、土壤污染等一系列土壤退化問題，嚴重威脅到人類的糧食安全，引發生存危機[3-4]。土壤質量評價作為評估管理措施及土地利用變化等人類活動對土壤影響的手段，有助于及時掌握土壤質量的現狀和變化動態，進而實現對土地資源的可持續管理，已經引起了國內外的廣泛關注。【前人研究進展】土壤質量被定義為“土壤在生態系統和土地利用邊界范圍內維持植物和動物的生產力，維持或提高水和空氣質量，促進植物和動物健康的能力”[5-6]。20世紀90年代后期，趙其國等[7]將土壤質量的定義、指標和定量方法引入我國，促進了我國土壤質量評價保護理論和技術的發展。劉占峰等[8]基于土壤質量的定義、評價指標和評價方法的分析，認為未來土壤質量研究應該集中在土壤質量指標與評價方法等方面，主要包括土壤質量變化的前提條件、時空規律性、影響因素及其作用機理，尺度問題的研究，土壤質量保持與提高的途徑及其關鍵技術研究。在國家“藏糧于地”和“加強生態環境建設”的戰略下，消除障礙因子，構建理想土壤耕層，強化生物過程，提高生態系統服務多樣性，仍然是新形勢下土壤質量提升與健康培育的主攻方向[9]。【本研究切入點】土壤質量評價研究已經開展了30余年，國內外相關文獻數量呈快速增長趨勢，了解土壤質量評價研究現狀，分析全球土壤質量評估的研究現狀、關注熱點與發展態勢，為土壤質量領域研究提供參考。【擬解決的關鍵問題】本研究采用文獻計量學的方法，總結當前研究中選取的土壤質量指標和土壤質量評價方法，通過對土壤質量評估研究中的評價指標選取偏好與指標體系構建的系統分析，定量分析并指明土壤質量研究的熱點和方向，為我國耕地質量評價、地力提升和土壤資源的可持續利用提供參考依據。

1 材料與方法

本研究基于Web of Science核心合集數據庫和CNKI數據庫進行文獻計量分析，其中CNKI數據庫設定為中國學術期刊網絡出版總庫。在兩個數據庫中，英文檢索式為“主題=（soil quality assessment）OR 主題=（soil health assessment）”，中文檢索式為“主題=（土壤質量評價）OR主題=（土壤健康評價）”。檢索的時間跨度為1990年1月1日至2019年12月31日，共檢索篩選到相關文獻415篇，基于Web of science核心合集數據的英文文獻129篇，基于CNKI數據庫的中文文獻286篇。對檢索到的文獻進行統計，分析國內外土壤質量評價研究的熱點問題及研究現狀，并對研究論文中所采用的評價指標分為土壤物理、土壤化學、土壤生物、土壤環境共四大類逐一進行統計，分析指標選取的頻率；415篇文獻中收集到155個應用于土壤質量評價的指標最小數據集（MDS），分別對進入MDS中的指標頻率進行統計；同時對土壤質量評價研究中篩選指標的方法和土壤質量評價方法進行總結和比較。數據利用Excel 2017整理、篩選、統計，利用Origin 2019b進行繪圖。

2 結果

2.1 土壤質量的內涵

土壤是連接大氣圈、水圈、生物圈與巖石圈的核心要素，是支撐社會和生態系統服務的復雜系統，是以人類健康為中心的整體健康系統中的一個重要組成部分，是綠色農業發展的基石[9]。在這一背景下，土壤質量和土壤健康的概念逐漸發展和完善，并且與人類、動物和環境健康密不可分[10]。土壤質量的概念在1971年提出，指“在采取高水平管理措施下土壤產生玉米，大豆和小麥的能力[11]”，經歷了20多年的發展[12-13]，發展為國內外學者廣泛接受的“土壤在生態系統和土地利用邊界范圍內維持植物和動物的生產力，維持或提高環境質量，促進植物和動物健康的能力”[5]（圖1）。土壤質量的關注點也從土壤持續發揮生產能力的固有屬性，發展到管理措施對土壤質量的影響[6-7]。土壤質量評價通過結合不同的土壤功能，包括肥力質量、環境質量和健康質量, 依據土壤物理、化學和生物特性進行時間或空間尺度上的衡量[13-15]。

國內土壤學家也對土壤質量的定義提出自己的觀點。徐建明等[16]認為土壤質量是“土壤在一定的生態系統內支持生物生產能力、凈化環境能力和促進動植物及人類健康能力的集中體現”；周啟星[17]認為“判斷土壤質量的標準包括能生產出對人體具有健康效益的動植物產品，具有改善水和大氣質量的能力以及在一定程度上抵抗污染物的能力，能夠直接或間接地促進植物、動物、微生物以及人體的健康三方面”；曹志洪等[18]在總結國內外研究進展的基礎上，提出土壤質量是“土壤提供食物、纖維和能源等生物物質的土壤肥力質量，土壤保持周邊水體和空氣潔凈的土壤環境質量，土壤消納有機和無機有毒物質、提供生物必需元素、維護人畜健康和確保生態安全的土壤健康質量的綜合量度”。

隨著土壤質量研究的深入，“土壤健康”一詞隨之出現，被定義為“指在自然或管理的生態系統邊界內，土壤作為活的生命體所具有的保證持續生產，保持良好的水體和大氣環境，促進植物、動物（人類）健康的能力”[19]。現在被大家廣泛接受的土壤健康定義為“土壤作為支撐植物、動物和人類生存的重要生態系統持續發揮功能的能力（https:// www.nrcs.usda. gov/wps/portal/nrcs/main/soils/health/）。聯合國糧農組織政府間土壤技術小組（FAO-ITPS）將土壤健康定義為“土壤維持陸地生態系統生產力、多樣性和環境服務的能力”，并提出希望被國際組織、機構、政府和學術界廣泛使用和采納（http://www.fao.org/3/cb1110en/ cb1110en.pdf）。同時也有學者提出土壤安全的相關概念，指“土壤持續地為人類提供食物、纖維和淡水資源等生態系統服務，同時維持生物多樣性和相對穩定性的一種狀態”[20]，具有自然和社會雙重屬性[21]。土壤安全的評估往往包括土地管理、經濟、社會和政治層面，一般從性能、狀態、資本性、關聯性以及政策法規五個方面進行[22]。

從土壤質量與土壤健康的定義不難看出，土壤健康是“動態的”和“潛在的”土壤性質，更加側重土壤作為生態系統的自然資源屬性、環境屬性和包括抵抗力、恢復力在內的生態屬性[23]，多從生態系統服務功能（即生物生產、土壤保持、環境凈化、生物多樣性保持、水分涵養、氣候調節、養分與碳循環、文化傳承功能）來對土壤質量或健康進行評估[24]；而土壤質量則側重于長時間尺度上土壤“內在的”和“靜態的”狀況。盡管如此，有研究認為土壤質量與土壤健康兩詞在概念上有一定程度的重合，可以互換使用[12]。

圖1 土壤質量內涵的發展

2.2 土壤質量評價指標體系構建

2.2.1 土壤質量評價指標 土壤質量指標是從保持生產力、維持環境質量和保證動植物健康的角度監測和評價土壤的性狀與功能的相關指標，主要分為物理、化學、生物與環境指標四大類。經過對415篇文獻統計發現，反映土壤自身屬性、結構、通透性、導水導溫性、抗蝕性以及耕性等方面的物理指標25項；有機質（SOM）、pH、大量元素、中微量元素、陽離子交換量（CEC）、電導率（EC）及含鹽量等36項化學指標；酶活性、微生物生物量、基礎呼吸、微生物熵、代謝熵等35項微生物指標及重金屬、農藥殘留、農膜殘留等19項環境指標。四類土壤指標中物理、化學指標選取率較高（圖2-a，2-b），生物及環境指標選取頻率相對較低（圖2-c，圖2-d）。SOM是土壤質量評價中選取頻率最高的指標，選取頻率為96.6%，也是最為核心的指標。

物理指標中容重的選取率最高，為56.1%（圖2-a），其次為含水量、機械組成、總孔隙度，選取率分別為34.0%、33.7%和23.0%；水穩性團聚體含量及平均重量直徑通常作為表示團聚體結構的指標，選取率分別為17.4%和10.6%；剖面構型、結構系數、保水性等指標由于可操作性不強、計算復雜等因素不易獲取，且在一定程度上與其他物理指標相關性較高，在土壤質量評價中應用較少。化學指標中速效磷（AP）、全氮（TN）、速效鉀（AK）選取率較高，AP和TN的選取頻率相同，為77.6%，AK的選取頻率為67.2%；能夠反映土壤緩沖能力和肥力水平的土壤pH、陽離子交換量、電導率等指標，選取率分別為78.1%、31.1%和23.4%；土壤微量元素測定步驟較為繁瑣，較少考慮將其作為評價指標。生物指標中土壤微生物生物量碳（SMBC）選取頻率最高，為22.7%；土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶常作為反映土壤微生活性的指標，選取頻率均在15%以上；微生物群落結構等指標由于采集、保存、測定較為困難，且成本較高，因此選取率不高；土壤動物在土壤質量評價中仍處于起步階段，蚯蚓和線蟲的選用率僅為3.1%和1.9%。環境指標中重金屬元素鉛（Pb）選取頻率越高，為8.9%；其次是鎘（Cd）、銅（Cu）、鋅（Zn）、鉻（Cr）、砷（As）、汞（Hg）等；農膜和農藥殘留選取頻率均較低。

為進一步探究土壤質量指標的演變趨勢，針對30年間選取率較高的土壤質量指標（即選取頻率＞15%的物理指標、選取頻率＞50%的化學指標、選取頻率＞10%的生物指標）每10年進行分別統計并計算選取頻率。容重和總孔隙度可以影響土壤結構、水、肥、氣、熱以及生物活性進而影響土壤質量，選取頻率逐步提高，容重的選取率從39.1%增長至59.3%，總孔隙度從13.0%增長至25.8%（圖3-a）。SOM、pH、AP、AK、TP等土壤化學指標30年來一直作為表征土壤肥力質量的指標，呈現出穩定增長的趨勢（圖3-b）。近30年生物指標選取頻率得到快速增長，其中脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶從0分別增長至25.8%、19.3%、17.0%，磷酸酶從4.4%增長至23.4%。其余指標如蔗糖酶、過氧化氫酶、SMBN也呈現出穩步上升趨勢（圖3-c）。

2.2.2 指標最小數據集的構建 土壤質量評價中可供選擇的指標很多，雖然選擇更全面的指標能夠更真實的反應土壤質量，但會顯著增加數據獲取的成本。因此，一般選擇最小數據集（MDS）定量評價土壤質量，MDS包含了反映土壤質量最少的指標，可以通過測定較少的數據了解土壤的變化情況。經過文獻調查，構建MDS的方法較多，主要分為專家經驗法和多元統計法兩類，其中多元統計法應用較為廣泛，主要有主成分分析（PCA）、聚類分析（CA）、典范對應分析（CCA）、逐步回歸分析（SRA）、偏最小二乘回歸分析（PLSRA）等（表1）。其中PCA可通過降維來減少變量，結合Norm值與相關性分析（RA）能最大限度地減少指標冗余，去除相關性較強的指標，同時能保留指標的主體信息。一般而言，評價指標的相關程度越小，分析結果的可信度越高。CA可以簡單直觀的對指標進行分類，結合RA能直觀、有效篩選指標。CCA主要用于篩選對影響植物群落組成的土壤質量指標，在林地或草地生態系統中土壤質量評價中應用廣泛，在農田生態系統中應用較少。此外，PC-SRA和PLSRA能較好地提取變量及因變量的信息，完成指標篩選，但在篩選過程中，除自變量外，還需要將因變量引入分析過程。專家經驗法是相關領域研究者結合對研究區的先驗知識篩選表征土壤質量的相關指標的方法，有時會引起評價結果差異性較大，選取率較低。由于PCA在構建MDS能較好地體現指標信息，在土壤質量評價中使用頻率最高，應用最為廣泛。

經過文獻計量分析，對獲取的155個MDS中的指標進行統計，過濾其中出現頻率低于5%的指標，依照選取頻率將指標分為選取頻率較高（＞40%）、選取頻率適中（20%—40%）、選取頻率較低（5%—20%）。結果發現，MDS中出現頻率最高的指標為SOM，選取率為67.7%（圖4）。除SOM外，選取率較高的指標為AP，出現頻率為43.2%。其次為容重、pH、TN和AK，選取率分別為34.8%、34.2%、29.7%和26.5%。MDS中生物指標出現的頻率較低，選取頻率最高的土壤生物指標為蔗糖酶，選取頻率僅為13.6%，而微生物生物量氮（SMBN）、脲酶、過氧化氫酶進入MDS中的頻率均低于10%。但土壤生物指標作為土壤對管理措施變化的早期響應，仍應將其更廣泛地應用于評價中。

圖2 基于Web of Science與CNKI數據庫的土壤質量指標選取頻率分布

誤差棒為標準誤，頻率為每10年指標選取頻率的平均值

2.3 土壤質量評價方法

目前國際上常用的土壤質量評價方法分為定性與定量評價兩類。通過對文獻的統計與調查發現，當前土壤質量評價研究都集中于定量評價，主要有多變量指標克立格法、土壤質量動力學方法、土壤質量綜合評分法、土壤相對質量法、土壤質量指數法、灰色關聯分析法、物元法、人工神經網絡法和TOPSIS法等（表2）。多變量指標克立格法、土壤質量動力學方法、土壤質量綜合評分法、土壤相對質量法多為土壤質量評價初期采用的土壤質量評價方法，在20世紀90年代得到了較為廣泛的應用。20世紀初，模糊數學法在土壤質量評價中得到初步應用，通過建立各種指標的隸屬度函數，計算隸屬度值來表明各項土壤指標的實際情況，最后綜合指標計算土壤質量指數。通過土壤質量指數不僅能將土壤質量定量化，同時能進行田塊或地域間的比較，更為簡單易行。2010年以來，隨著對土壤質量研究的深入，大量的數學方法被應用到土壤質量評價中并得到了推廣。灰色關聯分析法通過對原始數據進行標準化的方式避免確定標準值的過程中產生的主觀影響；物元法能無丟失地綜合各種因素的全部信息，保證了信息的完整性，并且極大地拓展了研究范圍，揭示更多的分異信息；人工神經網絡法能減少主觀因素的干擾，在經過樣本訓練之后，能夠很好的對土壤質量進行評估；TOPSIS法通過計算樣本靠近/偏離正負理想解的相對距離來評價樣本的優劣，排除主客觀因素的誤差。由于土壤質量指數法能很好的評估管理措施對土壤質量的影響，適合于土壤可持續管理，仍然是應用最為廣泛的方法。

3 討論

3.1 土壤質量評價指標與方法的應用

土壤質量指標的選取是土壤質量評價中的核心環節，通常需要先制定評價目標、明確評價對象及土壤功能[42]，再結合區域特征、氣候差異、土地利用方式與田間管理措施等條件進行選取。土壤質量指標應符合以下條件：與土壤功能有關、廉價/易操作、為管理提供信息、敏感/可測量等要求[10]，同時要盡量保證指標間的獨立性[43]。目前國內土壤質量評價研究中主要選取的指標為常規物理、化學指標，如SOM、AP、TN、pH、容重，土壤生物指標選取較少，與BüNEMANN等[12]、林卡等[44]、陳夢軍等[45]的研究結果基本吻合。土壤質量指標的選取往往是隨著研究目的而變化的。大多數以農田土壤為研究對象的研究往往以土壤的初級生產力為研究目標，側重于土壤物理、養分性質及作物產量來進行評價[27,37]；以涵養水源為目標的土壤質量評價則包括土壤滲透性、有機碳、微生物生物量和活性、可溶性養分、重金屬元素等；研究目的為緩解氣候變化的評價除有機碳、氮組分外，同時應監測CH4、N2O等溫室氣體的排放量[10]。

表2 土壤質量評價方法的優缺點

圖4 基于Web of Science與CNKI數據庫的MDS中土壤質量指標的選取頻率

經過統計發現，農田土壤質量的影響因素較多，可將其分為氣候、土壤侵蝕、海拔及坡向[46-47]等自然因素及作物覆蓋、施肥、作物輪作、作物留茬、翻耕措施等農田管理措施兩部分[48]。大量研究表明，施用生物炭、有機肥及稻稈還田等農田管理措施是維持和提高土壤質量，促進農田可持續發展的重要途徑[49-50]。適當施用有機物料能夠降低容重，提高土壤總孔隙度，同時提高土壤持水量，增加土壤中大團聚體的數量與穩定性，進而有效改善土壤結構，在增加土壤養分及有效性的同時，提高土壤微生物生物量及活性，優化土壤微生物群落的結構和功能，進而提高土壤質量，促進作物增產增效[51]；保護性耕作措施同樣也能改善土壤結構，增強土壤的蓄水保墑能力，起到調控土壤物理、化學及生物性狀的作用。

近年來隨著土壤環境污染引起的農產品安全問題逐漸增多，使得農產品質量安全成為社會普遍關注的焦點，許多學者對農產品安全下土壤質量指標體系的構建進行了探討。如楊柳等[52]從空氣、土壤及灌溉水三方面對無公害農產品產地環境標準進行了解析，其中土壤指標包括總汞、總鎘、總砷、總鉛和總鉻、總銅、六六六、滴滴涕等指標。張燕等[53]從土壤耕性、肥力、生物、作物健康狀況、污染源指標等六個方面構建了無公害農產品產地土壤質量指標體系。王玉軍等[54]在評價農田土壤質量評價中，將農田土壤和農產品中重金屬的含量有機地聯系在一起，考慮了土壤環境質量標準、土壤元素背景值、農產品污染物限量標準和元素價態效應等。LEHMANN等[10]提出應將病原體、寄生蟲、生物多樣性、生物可利用性和可移動污染物（如二噁英、多環芳烴和微塑料）以及化合物與孔徑的多樣性等與人體健康密切相關的指標納入評價體系中。

土壤質量評價是監測土壤退化與土壤污染的重要工具，國際上尚沒有形成統一的標準和方法，需要綜合考慮評價目標和尺度，同時與生態系統類型、土壤功能、土地利用方式等密切相關。在眾多評價方法中，應用PCA+RA構建MDS后結合土壤質量指數法是研究中較常用的方法[25,37]。由于各評價方法有特定的適用范圍，且易受到指標選擇方法的影響，結果通常具有不一致性。因此在對土壤質量進行評價時，要基于組合評價研究，在同一點位或區域采用若干方法進行比較，有利于針對特定的區域及土壤功能選擇適當的評價指標及方法進行評估，有助于決策者了解土壤質量的變化情況，為土壤質量提升奠定理論基礎。

3.2 土壤質量評價中新技術的應用

土壤質量評價選取的物理、化學指標往往較多，在監測與評價過程中需要快速、準確地獲取土壤信息，而常規的土壤分析方法周期較長，存在一定局限性。近年來隨著土壤測試技術的不斷發展，為土壤質量監測與評價工作的開展提供了新的途徑。近紅外（NIR）和中紅外（MIR）光譜技術能非破壞地對各種樣品進行快速、精確地分析，在快速測定土壤中的水分、SOM、TN、總碳、有機碳組分、SMBC和酶活性等領域得到了初步的應用[55]。隨著NIR與MIR技術的推廣，快速、廉價地監測土壤質量指標將成為可能，也會極大地推動土壤質量研究工作的發展。

當前土壤質量評價研究中生物指標選取較少，雖然近年來選取頻率逐漸升高，但大多數集中于點位等小尺度研究中，在大尺度土壤質量評價中生物指標選取頻率仍然較低。我國當前有兩項針對土壤質量監測與評價的國家標準，分別是自然資源部的《農用地質量分等規程》（GB/T 28407—2012）和農業農村部的《耕地質量等級》（GB/T 33469—2016），這兩項標準中的評價指標多為土壤理化性質，其主要原因可能是微生物測試技術及成本的限制。但是，近年來隨著微生物研究技術的快速發展，微生物對土壤質量評價研究的重要性也受到了研究者的廣泛關注。隨著高通量測序技術、宏基因組技術、穩定性同位素探針技術（SIP）在微生物領域中的推廣和普及，使得土壤生物多樣性、生態系統服務多功能性等指標在土壤質量評價中有著廣闊的應用前景[56]。基因芯片技術能夠追蹤一些高效表達或控制微生物群落重要功能的關鍵基因[57]；SIP與分子生物學方法可以更準確地了解功能微生物生理代謝和功能基因等方面的信息[58]；此外，便攜式高通量土壤系統功能微生物分選及功能組學測定儀能夠在田間簡單、快捷地獲取微生物群落結構等信息。這些分子生物學技術的發展使土壤微生物與動物的群落結構、微生物功能基因、抗生素抗性基因等指標在土壤質量評價中得到推廣。盡管基于部分生物指標（如生物多樣性）的量化方法尚不明確[12,59]，但其在土壤生態系統服務功能及土壤質量評價中的作用不能忽視。

隨著信息技術和地理信息技術的發展，采用GIS進行土壤質量評價已經成為研究土壤質量的重要途徑。利用地統計學與GIS相結合能夠獲得土壤屬性的空間變異信息，實現空間信息的可視化，更加直觀。基于地理信息系統的土壤質量評價結合空間分析定量化大尺度土壤質量，從而提高農業資源管理的效率和準確性，有利于精準農業的實現[60-61]。

3.3 大尺度下土壤質量評價的關鍵問題與展望

當前土壤質量評價主要集中在特定點位與地區的研究尺度上，對于大尺度的土壤質量研究較少，將小尺度下的土壤質量研究成果拓展到大尺度研究中，仍是當前研究中亟待解決的重要問題。由于我國幅員遼闊，土壤資源空間變異大，基于大尺度進行土壤質量評價的研究就更加困難。在今后的研究中，依據區域特征開展區域土壤質量評價工作，識別土壤退化風險，制定土壤質量保護與提升策略，實現土壤質量的可持續發展是大尺度土壤質量評價的關鍵。此外，在進行區域乃至全國尺度的土壤質量檢測時，應建立土壤質量動態監測與評價體系，對耕地土壤質量、生產潛力及土壤可持續發展能力進行評價。同時，提升土壤質量監測技術，健全土壤質量監測網絡，在全國范圍內推動土壤質量監測與預警及對策的相關研究，是實現可持續土壤管理的重要理論依據。

我國在進行土壤質量大尺度評價研究時往往更注重土壤的生產力功能，而國外多從土壤生態服務功能的角度對土壤質量進行評價[19,22]，在今后的土壤質量研究中更要注重土壤的生態屬性和生態服務功能。以土壤生態系統服務為核心，系統開展大尺度下不同土地利用方式、生態環境條件和社會經濟發展水平下的土壤質量評價工作，能更好地保護土地資源，提高土壤質量，實現對土地資源的合理利用與保護。

4 結論

全球變化背景下，土壤質量評價研究正處于飛速發展時期，研究的熱點主要集中在土壤質量指標選取、最小數據集構建和土壤質量評價方法應用這三個方面。在評價指標中，土壤有機質作為土壤質量的核心指標，其選取頻率最高，為96.6%，土壤酸堿度、全氮、速效磷、速效鉀、容重等指標選取率均高于50%。近年來，隨著土壤生物學技術的快速發展，微生物生物量、土壤酶活性等生物指標選取率呈上升趨勢。被篩選進入最小數據集的指標中，土壤有機質、速效磷、土壤容重以及土壤酸度出現的頻率較高，被廣泛應用于表征土壤質量。當前國內外土壤質量評價研究中常用的評價框架為：根據評價目的測定土壤質量指標，利用主成分分析構建最小數據集，選取土壤質量指數法量化土壤質量。

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Advance in Indicator Screening and Methodologies of Soil Quality Evaluation

1Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences/National Engineering Laboratory for Improving Quality of Arable Land, Beijing 100081;2Cultivated Land Quality Monitoring and Protection Center, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Beijing 100125

【】The objectives of the present study were to synthesize the current information on soil quality assessment method and indicator system, and to present the hot topics and frontiers related to soil quality, so as to , provide references for Chinese scholars and experts in the field of soil quality evaluation research and application. 【】 The published articles regarding the selection of soil quality indicators, construction of minimum data set, and selection of soil quality evaluation methods were collected based on Web of Science and CNKI databases using bibliometrics method, and a total of 415 articles and 155 minimum data sets related to soil quality evaluation were screened. Development trend, frontier fields and current problems of global soil quality assessment during the past 30 years were analyzed according to selection frequency of indicators, assessment method and construction of minimum data set. 【】The soil quality evaluation indicator system mainly included 25 physical, 36 chemical, 35 biological and 19 environmental indicators. Soil organic matter, as the core indicator of soil quality, was selected with the highest frequency of 96.6%, followed by pH, total nitrogen, available phosphorus, available potassium, and bulk density, with a frequency more than 50%. The selection frequency of biological indicators such as microbial biomass and soil enzyme activity was less than 25%, while increasing over time. Principal component analysis, minimizing indicator redundancy and reflecting most of the information of original variables, was the most widely used for minimum data set construction method. Soil organic matter, available phosphorus, bulk density, and pH were selected into the minimum data set with a frequency of 67.7%, 43.2%, 34.8%, and 34.2%, respectively, being widely used to characterize soil quality. Nowadays, the most studies on soil quality evaluation focus on the utilization of principal component analysis to select soil quality indicators and establish soil quality index for comprehensive soil quality evaluation, which was suitable for sustainable soil management.【】 Soil organic matter, available phosphorus, soil pH, bulk density and soil water content were the main parameters selected for soil quality evaluation. Construction a comprehensive and objective soil quality indicator system and the integration with the information technology would be the focus in future research. The application of evaluation indicators in large-scale soil quality assessment was the trend of future development.

bibliometrics; Web of science database; CNKI database; soil quality; minimum data set; assessment method

10.3864/j.issn.0578-1752.2021.14.010

2020-09-04；

2020-11-10

中國科學院野外站聯盟項目（KFJ-SW-YW035）、中央級公益性科研院所基本科研業務費專項（1610132019044）

李鑫，Tel：15511903911；E-mail：lixin06@caas.cn。通信作者張文菊，Tel：01082108661；E-mail：zhangwenju01@caas.cn

（責任編輯 李云霞）