标题：土壤质量评价
概况
土壤质量评价已有悠久的历史。远在两千多年以前的中国古籍《周礼·地官·司徒》中就把土壤划 
  土壤质量评价分为五类。战国时期的《管子·地员》更进一步作了系统的划分和详细的描述，把土地分为三大类和次一级的25个类型。土壤质量评价，一直是人类关心的问题，但过去土壤质量评价的主要内容是评定土壤的肥力和生产性能。20世纪50年代以来，由于土壤中农药的残留累积、重金属污染和生物污染等问题的出现，人们开始对土壤质量因人类污染造成的变化进行研究和评价。到70年代进入定量评价的阶段。土壤质量一般定义为：土壤在生态系统的范围内，维持生物的生产力、保护环境质量以促进动植物与人类健康行为的能力。美国土壤学会（1995）把土壤质量定义为：在自然或管理的生态系统边界内，土壤具有动植物生产持续性，保持和提高水、空气质量以及支撑人类健康与生活的能力。因此，“土壤质量是指土壤提供植物养分和生产生物物质的土壤肥力质量，容纳、吸收、净化污染物的土壤环境质量，以及维护保障人类和动植物健康的土壤健康质量的总和”。 土壤质量概念的内涵不仅包括作物生产力、土壤环境保护，还包括食物安全及人类和动物健康。土壤质量概念类似于环境评价中的环境质量综合指标，从整个生态系统中考察土壤的综合质量。这一概念超越了土壤肥力概念，超越了通常的土壤环境质量概念，它不只是把食物安全作为土壤质量的最高标准，还关系到生态系统稳定性，地球表层生态系统的可持续性，是与土壤形成因素及其动态变化有关的一种固有的土壤属性。专家认为：土壤科学的研究除了应继续重视土壤肥力质量的研究外，还必须向土壤环境质量和土壤健康质量方面转移。
评价任务
人类活动与土壤之间是相互作用和彼此制约的关系。人类活动产生的污染物进入土壤后，在自然因素作用下发生各种运动和变化。土壤质量评价的任务是评定各土壤单元的特点，研究各土壤单元的演变、形成过程和发展机理，从而为土壤质量区划提供依据。 土壤质量变异虽然受自然的影响，但主要决定于人类的活动。土壤的性质和人类活动影响的效应，又受区域条件的影响。因此，收集和整理有关土壤质量形成的区域条件和污染源的资料，是土壤质量 
  土壤质量评价评价的基础工作。
评价内容
土壤质量评价一般有单一污染物的单项评价和多种污染物的多项评价。污染物的种类不同，对土壤质量的影响也不同，因此也可按土壤污染的主要污染物分为有机物污染评价、重金属污染评价、生物污染评价和放射性污染评价等。如要了解土壤质量的变化，还可以进行土壤物理评价、土壤生物评价、土壤化学评价等。在单项和多项评价的基础上可进行综合评价。为了解不同时期的土壤质量状况也可进行回顾评价、现状评价和影响评价。
评价方法
对土壤质量评价已提出多种方法，例如土壤质量综合评分法、土壤质量动力学方法、土壤质量多变  土壤质量评价量指标方法等，但不管采用何种评价方法，首先要确定有效、可靠、敏感、可重复及可接受的指标，建立全面评价土壤质量的框架体系。可根据不同的评价目标和技术水平选择或设计合适的评价方法。美国国家土壤保持局(SCS)建立的土壤评价目标包括：确定当前技术水平可测定的参数；建立评价这些参数的标准；建立短期和长期土壤质量变化的体系；确定耕作管理措施组成及其对土壤质量的影响；评价现有知识和数据以找出适合它们的适宜参数和方法。1992年土壤质量国际会议上，建立标准的土壤质量评价方法包括对气候、景观、土壤化学和物理性质的综合评价。 
土壤质量的评价方法目前国际上尚无统一的标准，国内外提出的土壤质量评价方法主要有以下几种：
1、多变量指标克立格法（MVIT）Smith(1993)利用多变量指标克立格法来评价土壤质量。这种方法可以将无数量限制的单个土壤质量指标综合成一个总体的土壤质量指数，这一过程称为多变量指标转换（multiplevariableindicatortransform），是根据特定的标准将测定值转换为土壤质量指数。各个指标的标准代表土壤质量的最优的范围或阈值。该方法的优点是可以把管理措施、经济和环境限制因子引入分析过程，其评价范围可从农场到地区水平，评价的空间尺度弹性大。
2、土壤质量动力学法Larson(1994)提出土壤质量的动力学方法，从数量和动力学特征上对土壤质量进行定量。某一土壤的质量可看作是它相对于标准(最优)状态的当前状态，土壤质量(Q)可由土壤性质qi的函数来表示：Q=f(qi…n)。
描述Q的土壤性质qi，是根据土壤性质测定的难易程度、重视性高低及对土壤质量关键变量的反映程度来选择的最小数据集。例如，土壤生产力指数（PI）是由土壤pH、容重、有效水容量对根系生长的满足度计算的，用来估计土壤侵蚀对土壤生产力质量及其变化的影响。该法适用于描述土壤系统的动态性，特别适合于土壤可持续管理。
3、土壤质量综合评分法Doran等（1994）提出土壤质量的综合评分法，将土壤质量评价细分为对6个特定的土壤质量元素的评价，这6个土壤质量元素分别为作物产量、抗侵蚀能力、地下水质量、地表水质量、大气质量和食物质量，根据不同地区的特定农田系统、地理位置和气候条件，建立数学表达式，说明土壤功能与土壤性质的关系，通过对土壤性质的最小数据集评价土壤质量。
4、土壤相对质量法通过引入相对土壤质量指数来评价土壤质量的变化，这种方法首先是假设研究区有一种理想土壤，其各项评价指标均能完全满足植物生长的需要，以这种土壤的质量指数为标准，其它土壤的质量指数与之相比，得出土壤的相对质量指数（RSQI），从而定量地表示所评价土壤的质量与理想土壤质量之间的差距，这样，从一种土壤的RSQI值就可以表示土壤质量的升降程度，从而可以定量地评价土壤质量的变化。该方法方便、合理，可以根据研究区域的不同土壤选定不同的理想土壤，针对性强，评价结果较符合实际。
以上土壤质量评价方法各有优点，实际工作中可以根据评价区域的时间和空间尺度、评价的土壤类型、评价的目的等，选择适宜的评价方法。
评价指标
土壤质量是土壤的许多物理、化学和生物学性质，以及形成这些性质的一些重要过程的综合 
  土壤质量评价体现，土壤质量指标则是土壤属性的外在量度，由于对各种土壤属性与功能之间的关系，以及形成各种土壤属性的过程机理等问题尚未十分明确，目前的土壤质量评价体系仍无明确标准，土壤质量的研究仍然只是从不同关心角度进行的尝试。目前国内外科学家采用的评价土壤质量的指标体系不尽一致，可根据不同的土壤和不同的评价目的，选择不同的评价指标体系。大致可分为两类，一类是描述性指标，即定性指标，而不是定量化指标，因此被视为“软”数据。如土壤颜色、质地、紧实性、耕性、侵蚀状况、作物长势、保肥性等，农民往往通过这些描述性指标定性认识土壤质量状况，但科学家和技术人员不太重视这些指标。另一类是分析性定量指标，选择土壤的各种属性，进行定量分析，获取分析数据，然后确定数据指标的阀值和最适值。
1.根据分析性指标的性质，土壤质量的评价指标分为土壤物理指标、土壤化学指标、土壤生物学指标三方面。
（1）土壤质量的物理指标
土壤物理状况对植物生长和环境质量有直接或间接的影响。土壤物理指标包括土壤质地及粒径分布、土层厚度与根系深度、土壤容重和紧实度、孔隙度及孔隙分布、土壤结构、土壤含水量、田间持水量、土壤持水特征、渗透率和导水率、土壤排水性、土壤通气、土壤温度、障碍层次深度、土壤侵蚀状况、氧扩散率、土壤耕性等。 
（2）土壤质量的化学指标
土壤中各种养分和土壤污染物质等的存在形态和浓度，直接影响植物生长和动物及人类健康。土壤质量的化学指标包括土壤有机碳和全氮、矿化氮、磷和钾的全量和有效量、CEC、土壤pH、电导率（全盐量）、盐基饱和度、碱化度、各种污染物存在形态和浓度等。
（3）土壤质量的生物学指标
土壤生物是土壤中具有生命力的主要部分，是各种生物体的总称，包括土壤微生物、土壤动物和植物，是评价土壤质量和健康状况的重要指标之一。土壤中许多生物可以改善土壤质量状况，也有一些生物如线虫、病原菌等会降低土壤质量。目前应用较多的指标是土壤微生物指标，而中型和大型土壤动物指标正在研究阶段。土壤质量的生物学指标包括微生物生物量碳和氮，潜在可矿化氮、总生物量、土壤呼吸量、微生物种类与数量、生物量碳/有机总碳、呼吸量/生物量、酶活性、微生物群落指纹、根系分泌物、作物残茬、根结线虫等。
2.根据土壤质量评价指标的选择原则，土壤质量的评价指标分为农艺指标、微生物指标、碳氮指标和生态学指标。
（1）土壤质量评价的农艺指标
对土壤做出适宜性评价，直接与农业的可持续性相关联，需选择与土壤生产力和农艺性状直接有关的参数指标。吴启堂等(1995)选用了10个参数指标，即①质地，②耕层厚度，③pH，④有机质，⑤全氮，⑥碱解氮，⑦速效磷，⑧速效钾，⑨容重，④CEC。对这些参数项目进行分级赋值，可以得到定量评价值，这种以农艺基础性状为主的土壤质量评价对于农林业生产具有指导意义。
（2）土壤质量的微生物学指标
土壤微生物是维持土壤质量的重要组成部分，它们对施人土壤的植物残体和土壤有机质及其它有害化合物的分解、生物化学循环和土壤结构的形成过程起调节作用。土壤生物学性质能敏感地反映土壤质量的变化，是评价土壤质量不可缺少的指标。但由于土壤生物学方面的指标繁多，加上测定方面的难度，下面的指标可供选择。 
①土壤微生物的群落组成和多样性：土壤微生物十分复杂，地球上存在的微生物约有18万种之多，其中包含藻类、细菌、病毒、真菌等，1g土壤就含有10000多个不同的生物种。土壤微生物的多样性，能敏感地反映出自然景观及其土壤生态系统受人为干扰(破坏)或生态重建过程中的微细的变化及程度。因而是一个评价土壤质量的良好指标。
②土壤微生物生物量：微生物生物量(microbialbiomass，MB)能代表参与调控土壤能量和养分循环以及有机物质转化相对应微生物的数量。它与土壤有机质含量密切相关，而且微生物量碳或微生物量氮转化迅速。因此，微生物量碳或微生物量氮对不同耕作方式、长期和短期施肥管理都很敏感。
③土壤微生物活性：土壤微生物活性表示土壤中整个微生物群落或其中的一些特殊种群状态，可以反映自然或农田生态系统的微小变化。
④土壤酶活性：土壤酶绝大多数来自土壤微生物，在土壤中已发现50-60种酶，它们参与并催化土壤中发生的一系列复杂的生物化学反应。如水解酶和转化酶对土壤有机质的形成和养分循环具有重要的作用。已有研究表明，土壤酶活性和土壤结构参数有很好的相关性。它可作为反映人为管理措施和环境因子引起的土壤生物学和生物化学变化的指标。
高质量的土壤应具有稳定的微生物群落的组成、生物多样性及良好的生物活性。土壤徽生物是表征土壤质量最有潜力的敏感性指标之一。因此，建立土壤质量的微生物学指标受到科学家的重视。美国土壤微生物学家(Kemedy等，1995)根据目前可接受的测定项目和方法，提出了下面土壤质量微生物学指标体系：①有机碳，②微生物生物量，A总生物量，B细菌生物量，C真菌生物量，D微生物生物量碳、氮比，③潜在可矿化氮，④土壤呼吸，⑤酶活性，A脱氢酶，B磷酸酶，C精氨酸酶，D芳基硫酸酯酶，⑥生物量碳与有机碳比，⑦呼吸量与生物量比，⑧微生物群落，A基质利用，B脂肪酸分析，C核酸分析。
（3）土壤质量的碳氮指标
通常把土壤有机质和全氮量作为土壤质量评价的一个重要指标。其实，更合适的指标是生物活性碳和生物活性氮，它们是土壤有机碳和有机氮的一小部分，能敏感反映土壤质量的变化，以及不同土地利用和管理如耕作、轮作、施肥、残留物管理等对土壤质量的影响。
所谓生物活性有机碳是通过实验法和数学抽象法来定义的。前者分离有机碳的活性组分，按有机碳的稳定性划分为若干组。后者根据土壤有机碳各组分在转化过程中的流程位置及其稳定性，用计算机模拟建立多个动态碳库，活性有机碳库的转化快，转化速率常数较大，土壤活性有机氮反映了土壤氮素供应能力，它可被视为一个单独的氮库，或根据土壤有机质分解动力学分成几个组分。活性有机氮，目前常用3种表示方法：微生物生物量氮(MBN)，潜在可矿化氮(PMN)和同位素稀释法测定活性有机氮(ASN)。MBN主要是微生物生物量N和少量土壤微动物氮。PMN是指实验室培养测定的土壤矿化氮，包括全部活性非生物量氮及部分微生物生物量氮。ASN是指参与土壤中生物循环过程中的氮，即用同位素稀释法测定的活性 
  土壤质量评价非生物量氮及固定过程中的微生物生物量氮。（4）土壤质量的生态学指标
物种和基因保持是土壤在地球表层生态系统中的重要功能之一，一个健康的土壤可以滋养和保持相当大的生物种群区系和个体数目，物种多样性应直接与土壤质量关联。关于土壤与生态系统稳定性与多样性的关系，国内已有较多的研究，土壤质量的生态学指标主要有：
①种群丰富度：包括种群个数、个体密度、大动物、节肢动物、细菌、放线菌、真菌等。
②多样性指数：生物或生态复合体的种类、结构与功能方面的丰富度及相互间的差异性。
③均匀度指数：生物个体或群体在土壤中分布的空间特征。
④优势性指数：优势种群的存在及其特征。
某些土壤性状在土壤质量评价中显得十分重要。美国土壤学家提出了土壤质量分析最小指标矩阵(Papendick，etal，1995)，其参数为：①团聚性(aggregation)，②容重(bulkdensity)，③至硬盘的距离(distancetohardpan)，④渗滤性(infiltration)，⑤电导率(conductivity)，⑥持水率(waterholdingcapacity)，⑦pH，⑧有机质(organicmatter)，⑨可矿化氮(mineralizablenitrogen)，⑩呼吸作用(respiration)。
3.根据土壤质量评价指标涉及的内容，土壤质量指标可分为以下四个方面。
(1)土壤肥力：土壤肥力因素包括水、肥、气、热四大肥力因素，具体指标有土壤质地、紧实度、耕层厚度、土壤结构、土壤含水量、田间持水量、土壤排水性、渗滤性、有机质、全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷、缓效钾、速效钾、缺乏性微量元素全量和有效量、土壤通气、土壤热量、土壤侵蚀状况、pH、CEC等。土壤肥力退化主要是指土壤养分贫瘠化，为了维持绿色植物生产，土地(壤)就必须年复一年地消耗它有限的物质贮库，特别是植物所需的那些必要的营养元素，一旦土壤中营养元素被耗竭，土壤就不能满足植物生长。
(2)土壤环境质量：背景值、盐分种类与含量、硝酸盐、碱化度、农药残留量、污染指数、植物中污染物、环境容量、地表水污染物、地下水矿化度与污染物、重金属元素种类极其含量、污染物存在状态及其浓度等。
(3)土壤生物活性：微生物量、C/N、土壤呼吸、微生物区系、磷酸酶活性、脲酶活性等。
(4)土壤生态质量：节肢动物、蚯蚓、种群丰富度、多样性指数、优势性指数、均匀度指数、杂草等。
评价指标选择
土壤质量评价指标选择原则
有效性原则：选取的指标能正确反映出土壤的基本功能，是土壤中决定物理、化学及生物学过程的主要特性，对表征土壤功能是有效的。
敏感性原则：选取的土壤质量指标对土壤利用方式，人为扰动过程，土壤侵蚀强度及程度的变化有足够敏感的反应。如果所选指标对土壤变化反应不敏感，则对监测土壤质量变化没有使用价值。但是，指标的敏感性要以监测土壤质量变化的时间尺度而定。
实用性原则：选取的土壤质量指标要易于定量测定，简便实用。在田间或实验室测定时，测定过程稳定，测定误差低，具有较高的再现性与适宜的精度水平。
通用性：影响土壤质量的因素很多，必须立足于综合的、系统的观点。通过分析各种土壤特性在土壤质量形成中的主次作用，选取那些有重要影响的指标，尤其是不要遗漏制约土壤生产力的主要指标。另一方面，也不要无限制地扩大指标的选择面，使整个指标体系复杂化。
一般说来，反映土壤质量与土壤健康的诊断特征可以分成两组，一组是描述土壤健康的描述性特征，另一组是分析性指标，具有定量单位，常为科学家所用。分析性指标通常包括物理指标、化学指标和__生物指标，在土壤质量评价中需要根据不同的土壤、不同的评价目的，按照上述指标选择原则对这些指标进行取舍组合。
（1）土壤物理指标 
由于土壤结构的稳定性控制了生态系统内的许多功能，是土壤最基本的质量指标。在评价土壤质量的基本定量体系中，物理性指标包括：土壤质地、土层和根系深度、土壤容重和渗透率、田间持水量、土壤持水特征、土壤含水量。Larson和Pierce（1991）提出了用于控制土壤侵蚀或防止地表水和地下水污染的物理指标为：土壤质地、结构和强度，植物有效水和最大扎根深度；Fitzpatriok（1996）则指出土层的厚度、土壤的结构性在景观中的分布可用来评价土壤与流域过程及土壤生产力，是最通常、简便的指标，同时指出土壤质地与植物生长和水分运移密切相关，是重要的物理指标。Cass（1996）认为土壤退化的程度与土壤结构稳定性有关，选取土壤分散性、土壤强度、水分吸收速率作为关键的物理指标。
（2）土壤化学指标
土壤质量的化学指标包括有机C和N，矿化态的N、P、K、pH、电导率。Duxbury（1994）提出土壤有机质生物活性部分更适于作为土壤质量的指标。Anderson（1990）在考虑评价土壤质量的有机质快速指标时，建议采用微生物活性指标——代谢商。土壤活性有机氮反映了土壤氮素的供应能力，与农业持续发展及环境质量紧密相关，可作为衡量土壤质量的一个重要指标。在测出土壤全N或有机质水平的变化之前，土壤潜在矿化氮（PMN）和土壤活性氮（ASN）的变化就可测到。在确定土壤质量变化时，土壤活性氮是一个灵敏的指标。但是，目前有关PMN和ASN在年际水平上的动态变化资料不多，进一步的工作是确定如何使用这些参数以及它们各自的局限性。
由于土壤有机质可以对土壤质量和作物产生有益的影响，近来的研究认为SOM是土壤质量的中心指标（美国水土保持学会，1995），甚至把它看作是土壤质量衡量指标中的唯一重要的指标（Larson和Pierce1991；Doran等，1996）。
Singer和Ewing（1999）还强调了污染物对土壤质量的影响，并提出了将污染物的有效性、浓度、活动性和存在状态作为重要化学指标。
（3）土壤生物指标
土壤中的生物是维持土壤质量的重要组成部分，土壤生物学性质能敏感地反映出土壤质量健康的变化，是土壤质量评价不可缺少的指标。生物学指标包括土壤上生长的植物、土壤动物、土壤微生物，其中，应用最多的是土壤微生物指标，多数研究认为，土壤微生物(包括微生物量、土壤呼吸等)是土壤质量变化最敏感的指标。
Kennedy（1995）提出的土壤质量微生物指标包括生物量、细菌、真菌、土壤呼吸、微生物区系以及与微生物活动有关的参数。Turco（1994）认为一个高质量的土壤应该具有良好的生物活性和稳定的微生物种群组成。在农田系统中，在测定土壤有机质变化之前，微生物群落对土壤的变化就可提供可靠的直接证据。微生物多样性指标可评价自然或人为干扰对微生物群落的影响，进一步揭示土壤质量在微生物数量和功能上的差异。目前对土壤微生物多样性状况的常规检测方法仍处于实验室阶段，一般将微生物量作为常规的土壤质量指标。进一步的工作是确定一套评价土壤质量中生物部分的最小参数集，这些指标应同时考虑生物学过程和种群多样性，能反映干扰的影响，准确评价系统的功能，而且应该是廉价和快速的。
Dick（1994，1996）提出土壤酶活性是作为反映管理措施和环境因子引起的土壤生物学和生物化学变化的指标，尤其是非专一性和水解性的土壤酶活性十分适合这种指标。利用土壤酶活性评价干扰对土壤质量影响时，需要与参照系或特定地区状况进行比较。为简化评价步骤，合理评价某个时刻的土壤质量，有些研究者提出了综合指标，如生物肥力指标、酶数量指标、水解系数指标等，以对酶活性作出评价。对于土壤质量的酶活性指标，目前研究的重点是寻找一个相对或统一的指标；它不需要通过在时间上的多次测定或在处理间的比较来作解释，统一指标应当是土壤生物学、化学和物理学重要参数的综合。
评价步骤
在土壤质量调查中，根据评价的目的、对象、区域环境条件、污染源和污染状况确定调查项目。选择的参数过少或者过多，都不能反映土壤的综合污染特性。从理论上讲，应选择那些与土壤质量的形成和变化有重大关系的参数。譬如以有机物污染为主的地区，选择油、苯并(a)芘、DDT、六六六等。在用生活污水灌溉的地区，主要选择与一般卫生标准有关的参数，如细菌、病菌、蛔虫卵等。在冲积扇上部土层薄的地区，为了保护饮用水源，要注意易溶于水的污染物，如酚、氰、氮、磷等。在平原地区则要注意易溶性盐类。在用含重金属的工业废水或矿区废水灌溉的地区，由于重金属在土壤中不易迁移而易于累积,应选择难迁移的重金属，如汞、镉、铅等。 
确定调查项目后，一般采用传统的方法进行调查，在调查中可根据地区的大小选用适当的比例尺以提高调查数值的精确度。比较精确的方法是按方格网络法进行调查。由于方格网络法工作量较大，也可在前一方法调查的基础上绘出等值线，再以内插法补足每一方格数值,用方格网络表示出来。 
  土壤质量图评价土壤质量要有一种相对的、可比的单位作为衡量尺度，一般采用土壤质量指数。单个污染物质量指数的一般模式为Pi=Ci/Si。式中Pi为污染指数,或称分指数；Ci为污染物的实测值；Si为污染物的 
  土壤质量图评价标准。 
综合质量指数的模式，一般采用单个污染物的质量指数相加，或相加后再平均的方法。即： 式中n 为污染物的种类数。有人利用模糊数学中的系统聚类分析对单个污染物的质量指数进行综合，效果较好。 为了进行评价，绘制质量图，要对求出的指数进行分级。分级一般是先定出“开始污染”和“严重污染”的起始值，然后将两者之间的数值根据需要分为若干级。“开始污染”的起始值一般采用土壤背景值。“严重污染”的起始值一般以土壤环境质量标准表示，或以作物体内污染物含量超过卫生标准时的土壤中污染物含量来表示。也有人以作物减产到一定程度时土壤中的污染物的 
  土壤质量评价含量作为依据。
土壤质量图编制
在野外调查、监测取得数据的基础上进行数理统计，算出各种质量指数，并划分出污染等级后，就可以编制土壤质量图(见环境质量图)。如果调查是用方格网络法进行的，可直接将质量指数填入方格中，再按等级划分，制成土壤质量图。如果是以一般布点的方式进行调查的，除了按各点的质量指数绘出分级图外，也可先划出各点的浓度等值线图，然后用内插法求得各方格内的浓度值，再算出每一方格的质量指数（或综合指数），按级绘制土壤质量图。土壤质量图有多种类型，一般有单项土壤质量图和综合土壤质量图。若有特殊要求,也可根据调查结果,编制生物、物理、化学等不同性质的土壤质量图，以及三者综合的土壤质量图。