土壤质量与土壤质量指标及其评价

土壤作为一种重要的自然资源可以为人类生产食物和纤维,并维持地球生态系统.土壤也是植物生长的媒介、水、热和化合物的源、水分的过滤器和废物分解的生物介质.土壤与水、气和植物互作并抑制环境的波动.土壤可以调节很多控制水气质量和促进植物生长的生态过程.土壤质量概念的引入使我们更全面地理解土壤,也有助于合理地使用和分配劳力、能源、财政和其它投入.土壤质量也提供了一个通用的概念使得专业人员、生产者和公众明白土壤的重要性.此外,它也是一个评价管理措施和土地利用变化对土壤影响的评价工具.土壤质量由土壤的物理、化学和生物性质组成,MDS已被科学家们提出用于土壤质量评价.国际上比较常用的评价方法主要有多变量指标克立格法、土壤质量动力学方法、土壤质量综合评分法和土壤相对质量法.人类对土地不和谐地利用和管理可以导致全球生物地球化学循环发生改变和加快土壤性质变化的速度,当前世界各地土壤退化相当严重,已日益威胁到人类赖以生存的土地资源.在探讨相关概念的基础上综述了近年来土地利用变化对土壤理化质量和生物质量的影响进展,以引起国内外学者对土地利用变化对土壤质量影响研究的重视,从而为探讨土地利用对土壤质量影响的机理和规律以及退化土地的恢复和区域土地资源管理以及土地的持续利提供理论依据.土壤质量未来的研究应该集中在土壤质量指标与评价方法;土壤质量变化的发生条件、过程、影响因素及其作用机理与时空规律性;尺度问题的研究;土壤质量保持与提高的途径及其关键技术研究.     

大兴安岭重度火烧林地土壤生境质量综合评价

以大兴安岭重度火烧林地为研究对象,选取未被火烧的林地作为对照,通过监测3年内火烧迹地和对照样地森林土壤生境因子的变化情况,对土壤生境质量进行了评价;通过计算各土壤生境因子的隶属度和权重,得到相应的土壤质量指数。结果表明:土壤质量指数可以较直观地反映林火对森林土壤的影响,火烧后基于不同土壤生境因子得到的评价结果存在差异;基于12个土壤生境因子的评价结果为火烧迹地土壤生境质量变好,并随时间逐步提高;基于7个土壤生境功能因子的评价发现火烧后土壤生境质量稍微下降,而后又呈上升趋势;基于3个土壤生境障碍因子的评价发现火烧后土壤生境质量明显下降,随后急剧上升;对于火烧后即时及长时间(3年以上)林地土壤的生境质量评价,建议选取基于土壤障碍因子的评价方法,这样可以减少土壤生境因子获取时的工作量,同时还能避免限制性因子被掩盖而过高评价火烧后的土壤生境质量。该评价结果为火烧后林地的管理和恢复工作提供了基础数据。     

城市绿地土壤健康质量问题与对策

城市绿地土壤质量是保障绿化植物健康生长的基础,也是保障绿地为城市及其居民提供健康生态系统服务和城市可持续发展的重要基础。目前在提升城市绿地土壤质量方面,主要关注了肥力质量和环境质量方面的问题,对健康质量方面的问题还较少关注。本文综述了土壤健康质量的概念、内涵及其评价指标,总结了城市绿地土壤健康质量所面临的主要问题和挑战,提出了提升城市绿地土壤健康质量的途径和策略,展望了今后有关城市绿地土壤健康质量的研究方向。旨在引起人们对城市绿地土壤质量,特别是城市绿地土壤健康质量的重视,以充分认识到全面提升城市绿地土壤质量、为城市可持续发展和生态城市建设提供有力支撑的重要意义。     

塔里木河上游典型绿洲不同连作年限棉田土壤质量评价

开展农业生态系统土壤质量评价是保证生态农业持续高效发展的重要内容。以塔里木河上游阿拉尔垦区为典型样区,选择0a、3a、8a、12a、20a、30a等不同连作年限棉田为研究对象,综合考虑土壤物理、化学和生物学性质,分析了12个土壤理化及酶活性指标;基于因子分析和聚类分析法评价棉田间土壤质量的差异并划分等级,利用产量持续指数验证评价结果。研究表明：不同连作年限的棉田土壤的理化性质和酶活性均存在一定差异;棉田的土壤质量随年限呈先上升后下降的趋势,8a、12a棉田土壤质量相对较高,20a、30a土壤质量有退化趋势;土壤质量评价值与产量持续指数变化趋势一致,后者略显滞后效应。     

应用土壤质量退化指数计算松嫩盐碱草地土壤营养位

土壤质量退化指数是一种定量评价土壤质量的方法,以某一土壤类型为基准,计算其他土壤类型与基准土壤类型之间各土壤属性的差异,进而反应土壤质量退化或改善的程度.采用1999年的数据应用该方法评价土壤营养状况,计算土壤营养位,分析松嫩盐碱草地植被种群分布格局与土壤营养的关系,从而探讨应用土壤质量退化指数计算土壤营养位的可行性.应用土壤质量退化指数评价土壤营养位得到的结果与主成分分析法的基本一致,并且方法更为简便,更利于土壤营养位分析在生产实践中应用.     

主成分分析在三七连作土壤质量综合评价中的应用

三七(Panax notoginseng)的连作障碍效应严重,但其连作土壤质量研究尚属空白.本研究采用主成分分析结合聚类分析的方法对三七连作土壤质量进行综合评价,结果发现:微生物多样性指数、土壤真菌数量与比例及土壤P和K含量是决定土壤质量的关键因素.土壤质量综合评价指数(f值)可以较好地反映实际土壤质量,并能够在一定程度上反应三七植株的生长状况,是较为理想的土壤质量评价指标.     

青藏高原东北缘不同土地利用类型土壤质量综合评价

土壤质量评价是合理利用土壤资源的重要前提。通过采集青藏高原东北缘甘肃省天祝县境内林地(n=9)、草地(n=18)和耕地(n=38)土壤样品,并测定土壤容重、田间持水量和有机质等13项土壤理化性质指标,采用主成分分析和相关性分析构建最小数据集(MDS),建立土壤质量评价指标体系,对3个不同土地利用类型的土壤质量进行综合评价。结果表明: 林地的总孔隙度、毛管孔隙度、田间持水量、毛管持水量、饱和含水量、有机质、全氮和速效钾含量显著高于草地和耕地。林地土壤质量评价指标体系包括田间持水量、有机质、全氮、速效氮和速效钾,土壤质量指数(SQI)介于0.329～0.678,平均值为0.481;草地土壤质量评价指标体系包括田间持水量和速效氮,SQI介于0.302～0.703,平均值为0.469;耕地土壤质量评价指标体系包括毛管持水量、非毛管孔隙度、速效氮、速效磷和速效钾,SQI介于0.337～0.616,平均值为0.462。影响林地、草地和耕地土壤质量的最大障碍指标分别为速效钾、田间持水量和毛管持水量。基于MDS的土壤质量指数能够实现研究区不同土地利用类型土壤质量的准确评价,土壤质量整体上表现为林地>草地>耕地,评价结果对该区域土壤可持续管理具有重要参考价值。     

土壤生态系统稳定性研究进展

土壤生态系统稳定性是指土壤生态系统对抗人为干扰和自然剧烈变化的能力,可以由抵抗力和恢复力两个方面来表征.土壤生态系统稳定性是土壤健康指标的核心之一,进行稳定性评价对于土壤健康评价尤其是人为污染和物理干扰后土壤的健康评价具有重要参考价值.与地上生态系统研究结论相似,土壤生态系统稳定性的评价,与所选择的干扰性质和土壤过程密切相关.国内外近年来土壤生态系统稳定性方面的研究进展,主要包括:土壤生态系统稳定性的概念,土壤生态系统稳定性的研究方法,土壤生态系统稳定性的影响因素,保持土壤生态系统稳定性的对策,并提出了问题与展望.     

蚯蚓生态毒理试验现状与发展趋势

蚯蚓是土壤污染状况的重要指示生物之一。近年来,蚯蚓生态毒理试验广泛应用于污染土壤的质量评价,其试验方法及评价指标日趋完善。本文从个体、种群、群落和"模式"生态系统4个水平上,综述了蚯蚓毒理试验方法及评价指标的国内外研究现状及进展。重点介绍了急性试验、慢性试验、污染物复合试验、蚯蚓种间及与其它物种的比较试验,并从形态变化、生理观测和病理观察方面概括了试验评价指标。探讨了不同水平上各毒性试验的优缺点,并指出了结合多种试验进行土壤质量生态评价的实际意义。     

土壤微生物生态学研究中的非培养方法

土壤微生物种类和数量是评价土壤健康质量的重要指标之一。然而环境中90%以上的微生物不能够通过传统的培养基培养方法获得。最近发展起来的分析方法如磷脂脂肪酸(PLFA)、BIOLOG微孔板和分子生物学的方法可从不同方面对土壤微生物群落进行更为详尽的分析。论文就土壤微生物生态学研究中使用的主要方法进行了综述。     

海南岛土壤质量的指标与量化表达研究

在海南岛SOTER数据库基础上,结合联合国有关原则与规定,选择表征土壤质量的若干指标项目组成体系,在GIS环境中对图斑的土壤质量进行评价,并将评价等级指数与空间数据库相连,根据用户需求将土壤质量的评价结构输出,结果得到当地有关专家的认可,建议通过当地实践结果,对模型进行了必要的修订（适当修改评价指标及量化标准）,使之更趋完善。     

Early warning indicators of changes in soil ecosystem functioning

In the last decades, soil is facing numerous environmental threats and climatic changes that are causing a rapid decline of soil fertility and biodiversity. Soil organic matter (SOM), has the most widely recognized influence on soil quality, but it hardly puts in evidence processes associated to the new soil threats, because of its insensitivity in assessing soil quality changes in the short-term. A series of chemical and biochemical analyses were carried out in agricultural and forestry soil ecosystems subjected to different threats, to identify the parameters that better evidence changes in soil characteristics in a short term, but the identification of basic universal indicators and the choice of the number of estimated measures are still under investigation and discussion. The main aim of this paper was to identify biochemical markers to be used routinely and applicable to different soil ecosystems, as early warning indicators of alteration in soil ecosystem functioning. The results obtained allowed to identify three indicators, microbial biomass (MBC), water soluble phenols (WSP), and fluorescein diacetate hydrolase (FDA), as effective tools in the evaluation of soil quality changes in the short term, showing also a threat-indicator specificity. MBC reflected changes mainly induced by abiotic stress, FDA displayed modification caused by climate, and WSP pointed out alteration due to the organic amendment.     

不同人工林生态系统林地土壤质量评价

利用定位研究方法,综合比较了第2代连栽杉木纯林、杉木与阔叶树混交林以及阔叶纯林3种人工林生态系统对林地土壤质量的影响.结果表明,与连栽杉木纯林相比,在杉阔混交和阔叶树轮栽两种经营模式下,土壤养分含量增加,物理性状改善,土壤生物活性提高.利用土壤质量评价体系在对土壤功能评价的基础上,直观评价了3种经营模式的土壤质量状况.在研究区内,杉木与阔叶树混交以及阔叶树轮栽的水分有效性、养分有效性和根系适宜性以及最终的土壤质量指数均处于中等水平,而连栽杉木林的水分有效性、养分有效性和根系适宜性较差,土壤质量指数处于较低水平.总有机C、阳离子交换量和微生物生物量C与其它土壤理化性质和生物学性质之间明显相关,可将其作为研究区土壤质量的指示指标;土壤微生物生物量C、N、P与土壤总有机C、土壤全N、土壤全P含量之间也存在较好的相关性.     

Developing pedotransfer functions to estimate the S-index for indicating soil quality

Indicating soil quality usually requires many soil properties of which the measurements are time consuming. Therefore, it is desirable to developing simple and effective indices for reflecting soil quality based on soil properties that can be readily obtained. The soil physical quality index, S-index, derived from the slope at the inflection point of the water retention curve (particularly the Van-Genuchten equation), is a comprehensive index for indicating soil properties. By comparing the S-index with a widely used soil quality index (SQI), this study used 298 samples to determine soil chemical and physical properties for calculating SQI, and found that the correlation coefficient between the S-index and SQI was 0.88, indicating that the S-index can represent soil quality well. An artificial neural network (ANN) model and a linear regression (LR) model were proposed for estimating S-index. Results showed that the ANN model was better than LR model in estimating S-index. Particularly, the ANN model with the soil bulk density and soil organic carbon (scenario A1) as inputs, had the highest R² of 0.807, while the LR model get the highest R² (predicted v.s. observed) of 0.75 with the combination of soil organic carbon, soil bulk density, total nitrogen and available nitrogen. This study is helpful for extending the applications of S-index.     

Identification of soil quality indicators for assessing the effect of different tillage practices through a soil quality index in a semi-arid environment

Tillage is known to potentially affect soil quality in various ways. In this study, a soil quality index (SQI) was developed by quantifying several soil attributes either sensitive or insensitive to physical disturbance, using factor analysis as a dimension reduction technique, in order to discriminate different tillage systems. Soil properties including physical (MWD), chemical (pH, organic C, total N, available P and POM contents) and microbial (MBC, MBN, PCM, PNM and three enzymes) parameters were measured to establish a minimum data set (MDS) for the assessment of overall SQI. The soil attributes were determined on samples (0–20 cm depth) collected under moldboard (MP) and disk (DP) plows as conventional tillage (CT), and rotary (RP) and chisel (CP) plows as reduced tillage (RT) systems with a similar plant C input rate and cover crop over a period of six years (2005–2011) in a semi-arid calcareous soil (Calcixerepts) from Central Iran. Results indicated a clear difference in soil quality among the tillage systems with a significant increase of SQI under RT over time, particularly under CP practices. Although RT improved most soil microbial attributes, not all attributes contributed to SQI because of their close interrelationship. The final SQI consisted only of geometric mean of microbial activity (GMA, the square root of the product of PCM and PNM) and geometric mean of enzyme activity (GME, the cube root of the product of enzyme activities). Soil GME and GMA were found to be as key indicators contributing 55% and 36% to SQI, respectively. Therefore, the GME and GMA were the most important indicators effectively discriminating tillage systems, and could be used to monitor the enhancement of soil quality under RT in this semiarid environment. The influence of tillage year on SQI was greater than that of tillage practices. In conclusion, RT systems were characterized by a higher value of SQI, suggesting a good recovery of soil capacity and functions after abandoning CT in the studied area. Smallholder farmers should therefore be aware of the potential for high soil quality in future as a result of continuing RT systems, especially with surface tillage using CP practices.     

黄土丘陵区小流域土地利用和植被恢复对土壤质量的影响

土壤质量的维护和提高是全球生物圈可持续发展的重要因素之一．对黄土丘陵小流域持续利用25年后的荒草地、山杏林地、农地、油松林地、灌木林地和撂荒地土壤性状的研究结果表明,不同土地利用方式和植被恢复类型对土壤质量有很大影响;植被恢复重建和农地撂荒将增加土壤有机质含量,提高土壤质量;粗放的农业耕作措施将降低土壤质量并引起土壤退化;灌丛有明显的肥力岛屿作用;撂荒在一定程度上可以培肥土壤。随着“西部大开发”、“退耕还林还草”和生态重建工程的开展,在半干旱黄土丘陵沟壑区,建植灌木、种植牧草、农地撂荒和自然恢复是较好的生态重建和植被恢复方式。     

不同人工林生态系统林地土壤质量评价

利用定位研究方法,综合比较了第2代连栽杉木纯林、杉木与阔叶树混交林以及阔叶纯林3种人工林生态系统对林地土壤质量的影响．结果表明,与连栽杉木纯林相比,在杉阔混交和阔叶树轮栽两种经营模式下,土壤养分含量增加,物理性状改善,土壤生物活性提高．利用土壤质量评价体系在对土壤功能评价的基础上,直观评价了3种经营模式的土壤质量状况．在研究区内,杉木与阔叶树混交以及阔叶树轮栽的水分有效性、养分有效性和根系适宜性以及最终的土壤质量指数均处于中等水平,而连栽杉木林的水分有效性、养分有效性和根系适宜性较差,土壤质量指数处于较低水平．总有机C、阳离子交换量和微生物生物量C与其它土壤理化性质和生物学性质之间明显相关,可将其作为研究区土壤质量的指示指标;土壤微生物生物量C、N、P与土壤总有机C、土壤全N、土壤全P含量之间也存在较好的相关性。     

科尔沁沙地不同土地利用和管理方式对土壤质量性状的影响

研究了科尔沁沙地退化草地开垦后,在14年不同的土地利用和管理方式下土壤物理、化学和生物学性状的特征。结果表明,农林(林草)复合利用模式在土壤粒级组成、孔隙分布、持水性能、有机质和N、P养分、酶活性等方面表现出较好的质量性状特征。有机无机配施、精细管理的灌溉农田次之,而粗放管理的旱作农田。土壤质量性状严重恶化,逐步向流沙方向演变,与科尔沁原生景观草地土壤相比,管理良好的利用系统,土壤物理性状、P含量和一些酶活性指标提高,但有机质和全氮含量明显低,表明已退化生态系统C、N库的恢复和重建需要较长的时间。研究结果表明,不同的土地利用方式和管理措施显著影响土壤质量变化的程度和方向;调整土地利用结构,基本农田实行精细管理,旱作农田退耕还草还林是保护土地资源。实现区域生态恢复和重建的根本选择。     

黄土丘陵区土壤质量评价指标研究

针对黄土丘陵区侵蚀土壤最主要的功能--生产力和抗侵蚀能力,运用敏感性分析、主成分分析和判别分析法,对10种土地利用类型、208个样点的32项土壤属性指标进行了筛选.结果表明,在黄土丘陵区,土壤速效磷含量、抗冲性、渗透系数、活性有机碳、有机质、脲酶作为土壤质量评价的高度敏感指标,是土壤质量恢复与调控的主要目标.土壤生物指标属于高度敏感和中度敏感指标.黄土丘陵区侵蚀土壤的29项理化及生物属性指标可以被归纳为5个土壤质量因子:有机质因子、质地因子、磷因子、孔隙因子和微结构因子.5个因子中,孔隙因子在不同土地利用方式之间差异不显著,其余4个质量因子在不同土地利用方式之间差异极显著.黄土丘陵区侵蚀土壤质量评价指标为有机质、渗透系数、抗冲性、CEC、蔗糖酶、团聚体平均重量直径、速效磷、微团聚体平均重量直径.其中,有机质、渗透系数、抗冲性是表征黄土丘陵区侵蚀土壤质量的关键指标.     

Degradation and resilience of soils

Debate on global soil degradation, its extent and agronomic impact, can only be resolved through understanding of the processes and factors leading to establishment of the cause-effect relationships for major soils, ecoregions, and land uses. Systematic evaluation through long-term experimentation is needed for establishing quantitative criteria of (i) soil quality in relation to specific functions; (ii) soil degradation in relation to critical limits of key soil properties and processes; and (iii) soil resilience in relation to the ease of restoration through judicious management and discriminate use of essential input. Quantitative assessment of soil degradation can be obtained by evaluating its impact on productivity for different land uses and management systems. Interdisciplinary research is needed to quantify soil degradation effects on decrease in productivity, reduction in biomass, and decline in environment quality throught pollution and eutrophication of natural waters and emission of radiatively-active gases from terrestrial ecosystems to the atmosphere. Data from long-term field experiments in principal ecoregions are specifically needed to (i) establish relationships between soil quality versus soil degradation and soil quality versus soil resilience; (ii) identify indicators of soil quality and soil resilience; and (iii) establish critical limits of important properties for soil degradation and soil resilience. There is a need to develop and standardize techniques for measuring soil resilience. <br>