土壤質量指標與評價內容簡介

本書在“973”項目課題“土壤質量指標的量化表達和評價咨詢系統(tǒng)”和其他國家、省部級課題的研究成果，以及長期以來在土壤質量指標與評價研究中所積累的研究成果的基礎上編著而成。全書共分10章。系統(tǒng)介紹了土壤質量的概念與內涵及其研究的發(fā)展趨勢，闡述了土壤肥力質量、土壤環(huán)境質量和土壤健康質量的指標體系與評價方法，提出了中國重要土壤類型的土壤質量標準的建議方案，以典型區(qū)域水稻土和蔬菜地為例揭示了土壤肥力質量和土壤環(huán)境質量的時空演變規(guī)律，研發(fā)了基于實例分析的土壤質量評價咨詢系統(tǒng)，最后對中國土壤質量指標與評價的應用進行了簡要展望。

本書可供土壤學、植物營養(yǎng)學、環(huán)境科學、生態(tài)學、土地科學及農(nóng)學等領域的研究、教學和技術人員參考，也可供各級政府的農(nóng)業(yè)、環(huán)保、土地等部門參考。

前言

第一章 土壤質量的概念與內涵

第一節(jié) 土壤功能及其重要性

一、土壤的組成

二、土壤的重要性

三、土壤的功能

第二節(jié) 土壤質量的內涵

一、土壤質量的定義

二、土壤質量研究的重要性

三、土壤質量的演變

四、土壤質量指標

五、國內外土壤質量的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

六、土壤質量的研究方向與重點

第三節(jié) 土壤肥力質量

一、土壤肥力的概念

二、國外土壤肥力研究的一些觀點

三、周內土壤肥力研究現(xiàn)狀

四、土壤肥力研究的趨勢

第四節(jié) 土壤環(huán)境質量的內涵

一、土壤環(huán)境質量的概念

二、重金屬與土壤環(huán)境質量和食物安全

三、農(nóng)用化學品和廢棄物對土壤環(huán)境質量和食物安全的影響

四、土壤重金屬及有機農(nóng)藥標準的制定

第五節(jié) 土壤健康質量的內涵

一、土壤健康質量的概念

二、土壤健康質量的指標

三、土壤質量與土壤健康的關系及其區(qū)別

參考文獻

第二章 土壤肥力質量指標

第一節(jié) 土壤質量描述性指標

第二節(jié) 土壤質量分析性指標

第三節(jié) 土壤質量評價的最小數(shù)據(jù)集

第四節(jié) 主要作物產(chǎn)量指標

一、主要指標和最小數(shù)據(jù)集概述

二、指標分級的原則

三、主要指標的功能和分級

第五節(jié) 土壤生態(tài)過程的指標

一、微生物生物量碳

二、土壤速效磷含量

三、硝態(tài)氮含量

第六節(jié) 結論

參考文獻

第三章 土壤肥力質量指標的量化表達

第一節(jié) 土壤肥力質量指標分等定級的原則

一、土壤肥力質量指標的特性和評價方法

二、土壤肥力質量指標的選定原則

第二節(jié) 土壤肥力質量指標等級的確定

一、土壤肥力指標的擬定依據(jù)

二、評價指標分級的確定

三、我國四類重要土壤和不同利用方式土壤肥力指標的分級

第三節(jié) 隸屬度函數(shù)的建立

一、隸屬度函數(shù)的概念

二、隸屬度函數(shù)的類型

三、評價指標與作物生長關系的模型

四、常用的一些評價模型

第四節(jié) 定性指標的標準化和量化

一、專家打分

二、特爾菲法計算隸屬度

第五節(jié) 浙江省標準農(nóng)田地力調查與分等定級技術規(guī)范(應用實例)

一、標準農(nóng)田類型劃分

二、標準農(nóng)田地力等級劃分

三、標準農(nóng)田地力調查土壤樣品數(shù)量要求

四、標準農(nóng)田地力調查土壤樣品取樣要求

五、標準農(nóng)田地力調查土壤分析測試項目與方法

六、標準農(nóng)田地力調查土壤樣品的處置

七、標準農(nóng)田地力分等定級技術方案

參考文獻

第四章 土壤肥力質量的綜合評價

第一節(jié) 土壤肥力質量的概念

第二節(jié) 土壤肥力質量評價的意義與時空尺度

一、土壤肥力質量評價的意義

二、土壤肥力評價的時空尺度與范圍

第三節(jié) 土壤肥力質量評價的工作程序

第四節(jié) 土壤肥力質量評價指標選取

一、土壤肥力評價指標的選取原則

二、作物產(chǎn)量或植物生長狀況指標

三、單一土壤養(yǎng)分指標與肥力綜合性指標

四、土壤肥力評價指標權重分配

第五節(jié) 土壤肥力質量評價單元的劃分

一、以土壤類型為評價單元

二、以土地利用類型為評價單元

三、以田塊為評價單元

四、農(nóng)業(yè)生態(tài)單元——SOTER途徑

第六節(jié) 土壤肥力質量評價模型

一、田間描述評價

二、指數(shù)法評價模型

三、環(huán)境指數(shù)評價模型

四、模糊綜合評價模型

五、地統(tǒng)計學評價

六、系統(tǒng)評價方法

七、動力學評價

八、決策樹方法

第七節(jié) 土壤肥力質量評價實踐

一、基于綜合質量指數(shù)的熱帶地區(qū)土壤質量評價

二、浙江省紅壤肥力質量指標集成與評價

參考文獻

第五章 土壤環(huán)境質量和健康質量指標及評價

第一節(jié) 土壤與環(huán)境

一、水體污染及其危害

二、水體富營養(yǎng)化與非點源污染

三、大氣污染及其危害

四、土壤和溫室效應氣體

第二節(jié) 土壤與人體健康

一、我國環(huán)境地質醫(yī)學發(fā)展和成就

二、克山病與土壤環(huán)境

三、地方性硒中毒與土壤環(huán)境

四、地方性氟病與土壤環(huán)境

五、地方性碘病與土壤環(huán)境

六、缺鋅癥與土壤環(huán)境

第三節(jié) 土壤環(huán)境質量指標和土壤健康質量指標及評價

一、土壤環(huán)境質量指標和健康質量指標

二、土壤環(huán)境質量和土壤健康質量評價

參考文獻

第六章 中國重要土壤的土壤質量標準建議方案

第一節(jié) 四大類土壤肥力質量評價指標體系

第二節(jié) 四大類土壤肥力質量基準建議方案

一、土壤肥力質量評價指標的隸屬函數(shù)模型

二、四大類土壤肥力質量評價指標等級劃分的建議方案

三、土壤肥力質量評價指標隸屬度的計算

四、土壤肥力質量指標權重值的計算

五、四大類土壤肥力質量分級的建議方案

第三節(jié) 土壤環(huán)境質量和土壤健康質量標準的建議方案

一、土壤環(huán)境質量和土壤健康質量標準制訂的基本原則

二、土壤環(huán)境質量標準的建議方案

三、土壤健康質量標準的建議方案

四、土壤環(huán)境質量和健康質量的評價方法

參考文獻

第七章 土壤肥力質量的時空演變規(guī)律(案例研究)

第一節(jié) 土壤肥力質量時空演變的研究進展

一、GIS與地統(tǒng)計相結合用于土壤肥力時空演變研究

二、GIS與地統(tǒng)計相結合進行土壤肥力質量時空演變研究現(xiàn)狀

第二節(jié) 土壤肥力質量評價方法及地統(tǒng)計學原理

一、土壤肥力質量評價方法

二、地統(tǒng)計學

三、克里格(Kriging)插值

第三節(jié) 土壤肥力質量的空間分布特征

一、研究區(qū)介紹

二、土壤樣點的布置、采集與分析

三、20世紀80年代紙質圖件數(shù)字化處理

四、案例地區(qū)水稻田土壤養(yǎng)分描述統(tǒng)計分析

五、1980年土壤養(yǎng)分的空間分布特征

六、2002年土壤養(yǎng)分的空間分布特征

七、土壤肥力質量的空間分布特征

第四節(jié) 土壤肥力質量的時空演變

一、土壤養(yǎng)分的演變

二、土壤肥力質量的演變

參考文獻

第八章 土壤環(huán)境質量的時空演變規(guī)律(案例研究)

第一節(jié) 土壤環(huán)境質量時空變異研究現(xiàn)狀

第二節(jié) 土壤環(huán)境質量時空變異的研究方法

一、土壤環(huán)境質量時空變異研究方法

二、研究區(qū)概況與采樣分析

第三節(jié) 水稻田土壤環(huán)境質量評價及其空間變異特征

一、水稻田樣區(qū)土壤重金屬現(xiàn)狀分析

二、水稻田樣區(qū)土壤重金屬空間變異分析

第四節(jié) 蔬菜地土壤環(huán)境質量評價及其空間分異特征

一、蔬菜地樣區(qū)土壤重金屬現(xiàn)狀分析

二、蔬菜地樣區(qū)土壤重金屬空間變異分析

第五節(jié) 蔬菜地土壤環(huán)境質量時空演變規(guī)律

一、研究區(qū)域與數(shù)據(jù)

二、蔬萊地土壤環(huán)境質量時空演變

參考文獻

第九章 土壤質量評價咨詢系統(tǒng)

第一節(jié) 浙北長興縣耕地土壤肥力質量評價咨詢系統(tǒng)

一、基于WebGIS的長興縣土壤肥力質量評價咨詢系統(tǒng)的建立

二、系統(tǒng)的組成

三、系統(tǒng)結構

四、系統(tǒng)的實現(xiàn)

第二節(jié) 杭州市西湖區(qū)茶園土壤環(huán)境質量管理信息系統(tǒng)

一、系統(tǒng)總體設計

二、數(shù)據(jù)庫的設計與建立

三、系統(tǒng)的實現(xiàn)

四、系統(tǒng)的運行環(huán)境

第三節(jié) 杭嘉湖平原土壤氟健康質量評價決策系統(tǒng)

一、系統(tǒng)建立

二、系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

三、系統(tǒng)運行環(huán)境

參考文獻

第十章 土壤質量指標與評價的應用與展望

第一節(jié) 土壤肥力質量評價與測土配方施肥

第二節(jié) 土壤環(huán)境質量評價與土壤污染調查

第三節(jié) 土壤健康質量評價與農(nóng)產(chǎn)品安全

第四節(jié) 土壤質量評價與農(nóng)用地分等定級

附錄1 表索引(中文)

附錄2 表索引(英文)

附錄3 圖索引(中文)

附錄4 圖索引(英文)

圖版2100433B

土壤質量是土壤的許多物理、化學和生物學性質，以及形成這些性質的一些重要過程的綜合體現(xiàn)，土壤質量指標則是土壤屬性的外在量度，由于對各種土壤屬性與功能之間的關系，以及形成各種土壤屬性的過程機理等問題尚未十分明確，土壤質量評價體系仍無明確標準，土壤質量的研究仍然只是從不同關心角度進行的嘗試。目前國內外科學家采用的評價土壤質量的指標體系不盡一致，可根據(jù)不同的土壤和不同的評價目的，選擇不同的評價指標體系。大致可分為兩類，一類是描述性指標，即定性指標，而不是定量化指標，因此被視為“軟”數(shù)據(jù)。如土壤顏色、質地、緊實性、耕性、侵蝕狀況、作物長勢、保肥性等，農(nóng)民往往通過這些描述性指標定性認識土壤質量狀況，但科學家和技術人員不太重視這些指標。另一類是分析性定量指標，選擇土壤的各種屬性，進行定量分析，獲取分析數(shù)據(jù)，然后確定數(shù)據(jù)指標的閾值和最適值。

1.根據(jù)分析性指標的性質，土壤質量的評價指標分為土壤物理指標、土壤化學指標、土壤生物學指標三方面。

（1）土壤質量的物理指標

土壤物理狀況對植物生長和環(huán)境質量有直接或間接的影響。土壤物理指標包括土壤質地及粒徑分布、土層厚度與根系深度、土壤容重和緊實度、孔隙度及孔隙分布、土壤結構、土壤含水量、田間持水量、土壤持水特征、滲透率和導水率、土壤排水性、土壤通氣、土壤溫度、障礙層次深度、土壤侵蝕狀況、氧擴散率、土壤耕性等。

（2）土壤質量的化學指標

土壤中各種養(yǎng)分和土壤污染物質等的存在形態(tài)和濃度，直接影響植物生長和動物及人類健康。土壤質量的化學指標包括土壤有機碳和全氮、礦化氮、磷和鉀的全量和有效量、CEC、土壤pH、電導率（全鹽量）、鹽基飽和度、堿化度、各種污染物存在形態(tài)和濃度等。

（3）土壤質量的生物學指標

土壤生物是土壤中具有生命力的主要部分，是各種生物體的總稱，包括土壤微生物、土壤動物和植物，是評價土壤質量和健康狀況的重要指標之一。土壤中許多生物可以改善土壤質量狀況，也有一些生物如線蟲、病原菌等會降低土壤質量。應用較多的指標是土壤微生物指標，而中型和大型土壤動物指標正在研究階段。土壤質量的生物學指標包括微生物生物量碳和氮，潛在可礦化氮、總生物量、土壤呼吸量、微生物種類與數(shù)量、生物量碳/有機總碳、呼吸量/生物量、酶活性、微生物群落指紋、根系分泌物、作物殘茬、根結線蟲等。

2.根據(jù)土壤質量評價指標的選擇原則，土壤質量的評價指標分為農(nóng)藝指標、微生物指標、碳氮指標和生態(tài)學指標。

（1）土壤質量評價的農(nóng)藝指標

對土壤做出適宜性評價，直接與農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性相關聯(lián)，需選擇與土壤生產(chǎn)力和農(nóng)藝性狀直接有關的參數(shù)指標。吳啟堂等(1995)選用了10個參數(shù)指標，即①質地，②耕層厚度，③pH，④有機質，⑤全氮，⑥堿解氮，⑦速效磷，⑧速效鉀，⑨容重，④CEC。對這些參數(shù)項目進行分級賦值，可以得到定量評價值，這種以農(nóng)藝基礎性狀為主的土壤質量評價對于農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)具有指導意義。

（2）土壤質量的微生物學指標

土壤微生物是維持土壤質量的重要組成部分，它們對施人土壤的植物殘體和土壤有機質及其它有害化合物的分解、生物化學循環(huán)和土壤結構的形成過程起調節(jié)作用。土壤生物學性質能敏感地反映土壤質量的變化，是評價土壤質量不可缺少的指標。但由于土壤生物學方面的指標繁多，加上測定方面的難度，下面的指標可供選擇。

①土壤微生物的群落組成和多樣性：土壤微生物十分復雜，地球上存在的微生物約有18萬種之多，其中包含藻類、細菌、病毒、真菌等，1g土壤就含有10000多個不同的生物種。土壤微生物的多樣性，能敏感地反映出自然景觀及其土壤生態(tài)系統(tǒng)受人為干擾(破壞)或生態(tài)重建過程中的微細的變化及程度。因而是一個評價土壤質量的良好指標。

②土壤微生物生物量：微生物生物量(microbial biomass，MB)能代表參與調控土壤能量和養(yǎng)分循環(huán)以及有機物質轉化相對應微生物的數(shù)量。它與土壤有機質含量密切相關，而且微生物量碳或微生物量氮轉化迅速。因此，微生物量碳或微生物量氮對不同耕作方式、長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個微生物群落或其中的一些特殊種群狀態(tài)，可以反映自然或農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的微小變化。

④土壤酶活性：土壤酶絕大多數(shù)來自土壤微生物，在土壤中已發(fā)現(xiàn)50-60種酶，它們參與并催化土壤中發(fā)生的一系列復雜的生物化學反應。如水解酶和轉化酶對土壤有機質的形成和養(yǎng)分循環(huán)具有重要的作用。已有研究表明，土壤酶活性和土壤結構參數(shù)有很好的相關性。它可作為反映人為管理措施和環(huán)境因子引起的土壤生物學和生物化學變化的指標。

高質量的土壤應具有穩(wěn)定的微生物群落的組成、生物多樣性及良好的生物活性。土壤徽生物是表征土壤質量最有潛力的敏感性指標之一。因此，建立土壤質量的微生物學指標受到科學家的重視。美國土壤微生物學家(Kemedy等，1995)根據(jù)可接受的測定項目和方法，提出了下面土壤質量微生物學指標體系：①有機碳，②微生物生物量，A總生物量，B細菌生物量，C真菌生物量，D微生物生物量碳、氮比，③潛在可礦化氮，④土壤呼吸，⑤酶活性，A脫氫酶，B磷酸酶，C精氨酸酶，D芳基硫酸酯酶，⑥生物量碳與有機碳比，⑦呼吸量與生物量比，⑧微生物群落，A基質利用，B脂肪酸分析，C核酸分析。

（3）土壤質量的碳氮指標

通常把土壤有機質和全氮量作為土壤質量評價的一個重要指標。其實，更合適的指標是生物活性碳和生物活性氮，它們是土壤有機碳和有機氮的一小部分，能敏感反映土壤質量的變化，以及不同土地利用和管理如耕作、輪作、施肥、殘留物管理等對土壤質量的影響。

所謂生物活性有機碳是通過實驗法和數(shù)學抽象法來定義的。前者分離有機碳的活性組分，按有機碳的穩(wěn)定性劃分為若干組。后者根據(jù)土壤有機碳各組分在轉化過程中的流程位置及其穩(wěn)定性，用計算機模擬建立多個動態(tài)碳庫，活性有機碳庫的轉化快，轉化速率常數(shù)較大，土壤活性有機氮反映了土壤氮素供應能力，它可被視為一個單獨的氮庫，或根據(jù)土壤有機質分解動力學分成幾個組分?；钚杂袡C氮，常用3種表示方法：微生物生物量氮(MBN)，潛在可礦化氮(MN)和同位素稀釋法測定活性有機氮(ASN)。MBN主要是微生物生物量N和少量土壤微動物氮。PMN是指實驗室培養(yǎng)測定的土壤礦化氮，包括全部活性非生物量氮及部分微生物生物量氮。ASN是指參與土壤中生物循環(huán)過程中的氮，即用同位素稀釋法測定的活性非生物量氮及固定過程中的微生物生物量氮。

（4）土壤質量的生態(tài)學指標

物種和基因保持是土壤在地球表層生態(tài)系統(tǒng)中的重要功能之一，一個健康的土壤可以滋養(yǎng)和保持相當大的生物種群區(qū)系和個體數(shù)目，物種多樣性應直接與土壤質量關聯(lián)。關于土壤與生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性與多樣性的關系，國內已有較多的研究，土壤質量的生態(tài)學指標主要有：

①種群豐富度：包括種群個數(shù)、個體密度、大動物、節(jié)肢動物、細菌、放線菌、真菌等。

②多樣性指數(shù)：生物或生態(tài)復合體的種類、結構與功能方面的豐富度及相互間的差異性。

③均勻度指數(shù)：生物個體或群體在土壤中分布的空間特征。

④優(yōu)勢性指數(shù)：優(yōu)勢種群的存在及其特征。

某些土壤性狀在土壤質量評價中顯得十分重要。美國土壤學家提出了土壤質量分析最小指標矩陣(Papendick，etal，1995)，其參數(shù)為：①團聚性(aggregation)，②容重(bulkdensity)，③至硬盤的距離(distancetohardpan)，④滲濾性(infiltration)，⑤電導率(conductivity)，⑥持水率(waterholdingcapacity)，⑦pH，⑧有機質(organicmatter)，⑨可礦化氮(mineralizablenitrogen)，⑩呼吸作用(respiration)。

3.根據(jù)土壤質量評價指標涉及的內容，土壤質量指標可分為以下四個方面。

(1)土壤肥力：土壤肥力因素包括水、肥、氣、熱四大肥力因素，具體指標有土壤質地、緊實度、耕層厚度、土壤結構、土壤含水量、田間持水量、土壤排水性、滲濾性、有機質、全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷、緩效鉀、速效鉀、缺乏性微量元素全量和有效量、土壤通氣、土壤熱量、土壤侵蝕狀況、pH、CEC等。土壤肥力退化主要是指土壤養(yǎng)分貧瘠化，為了維持綠色植物生產(chǎn)，土地(壤)就必須年復一年地消耗它有限的物質貯庫，特別是植物所需的那些必要的營養(yǎng)元素，一旦土壤中營養(yǎng)元素被耗竭，土壤就不能滿足植物生長。

(2)土壤環(huán)境質量：背景值、鹽分種類與含量、硝酸鹽、堿化度、農(nóng)藥殘留量、污染指數(shù)、植物中污染物、環(huán)境容量、地表水污染物、地下水礦化度與污染物、重金屬元素種類極其含量、污染物存在狀態(tài)及其濃度等。

(3)土壤生物活性：微生物量、C/N、土壤呼吸、微生物區(qū)系、磷酸酶活性、脲酶活性等。

(4)土壤生態(tài)質量：節(jié)肢動物、蚯蚓、種群豐富度、多樣性指數(shù)、優(yōu)勢性指數(shù)、均勻度指數(shù)、雜草等。

人類活動與土壤之間是相互作用和彼此制約的關系。人類活動產(chǎn)生的污染物進入土壤后，在自然因素作用下發(fā)生各種運動和變化。土壤質量評價的任務是評定各土壤單元的特點，研究各土壤單元的演變、形成過程和發(fā)展機理，從而為土壤質量區(qū)劃提供依據(jù)。 土壤質量變異雖然受自然的影響，但主要決定于人類的活動。土壤的性質和人類活動影響的效應，又受區(qū)域條件的影響。因此，收集和整理有關土壤質量形成的區(qū)域條件和污染源的資料，是土壤質量評價的基礎工作。

《土壤及固體廢物監(jiān)測與評價》是根據(jù)教育部高等學校高職高專環(huán)保與氣象類專業(yè)教學指導委員會確定的核心課程及教學大綱，并結合多年的教學經(jīng)驗編寫而成。

全書由緒論和八個章節(jié)組成。緒論簡述了土壤的形成和功能，土壤在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的地位，土壤及固體廢物監(jiān)測與評價的重要性；第一章介紹了土壤的基本組成、結構和基本性質；第二章闡述了土壤污染相關的概念、土壤污染的危害與防治方法；第三章論述了土壤污染監(jiān)測的任務、內容、方法和技術；第四章介紹了土壤污染評價、土壤環(huán)境現(xiàn)狀評價、土壤環(huán)境影響評價和土壤環(huán)境風險評價；第五章概述了固體廢物的基本知識；第六章敘述了固體廢物的監(jiān)測方法，第七章介紹了垃圾堆埋場的環(huán)境影響評價方法。第八章實訓部分編寫了土壤及固體廢物監(jiān)測中常見的項目。

《土壤及固體廢物監(jiān)測與評價》可作為環(huán)境監(jiān)測與評價、環(huán)境監(jiān)測與治理技術、農(nóng)業(yè)環(huán)境保護技術等環(huán)境類專業(yè)教材，也適用于農(nóng)學、園藝、生態(tài)、土壤等專業(yè)學生的教材與參考書，還可供有關工程技術人員以及從事環(huán)境保護工作的各級人員參考。