土壤质量指标与评价

前言

第一章 土壤质量的概念与内涵

第一节 土壤功能及其重要性

一、土壤的组成

二、土壤的重要性

三、土壤的功能

第二节 土壤质量的内涵

一、土壤质量的定义

二、土壤质量研究的重要性

三、土壤质量的演变

四、土壤质量指标

五、国内外土壤质量的研究现状及发展趋势

六、土壤质量的研究方向与重点

第三节 土壤肥力质量

一、土壤肥力的概念

二、国外土壤肥力研究的一些观点

三、周内土壤肥力研究现状

四、土壤肥力研究的趋势

第四节 土壤环境质量的内涵

一、土壤环境质量的概念

二、重金属与土壤环境质量和食物安全

三、农用化学品和废弃物对土壤环境质量和食物安全的影响

四、土壤重金属及有机农药标准的制定

第五节 土壤健康质量的内涵

一、土壤健康质量的概念

二、土壤健康质量的指标

三、土壤质量与土壤健康的关系及其区别

参考文献

第二章 土壤肥力质量指标

第一节 土壤质量描述性指标

第二节 土壤质量分析性指标

第三节 土壤质量评价的最小数据集

第四节 主要作物产量指标

一、主要指标和最小数据集概述

二、指标分级的原则

三、主要指标的功能和分级

第五节 土壤生态过程的指标

一、微生物生物量碳

二、土壤速效磷含量

三、硝态氮含量

第六节 结论

参考文献

第三章 土壤肥力质量指标的量化表达

第一节 土壤肥力质量指标分等定级的原则

一、土壤肥力质量指标的特性和评价方法

二、土壤肥力质量指标的选定原则

第二节 土壤肥力质量指标等级的确定

一、土壤肥力指标的拟定依据

二、评价指标分级的确定

三、我国四类重要土壤和不同利用方式土壤肥力指标的分级

第三节 隶属度函数的建立

一、隶属度函数的概念

二、隶属度函数的类型

三、评价指标与作物生长关系的模型

四、常用的一些评价模型

第四节 定性指标的标准化和量化

一、专家打分

二、特尔菲法计算隶属度

第五节 浙江省标准农田地力调查与分等定级技术规范(应用实例)

一、标准农田类型划分

二、标准农田地力等级划分

三、标准农田地力调查土壤样品数量要求

四、标准农田地力调查土壤样品取样要求

五、标准农田地力调查土壤分析测试项目与方法

六、标准农田地力调查土壤样品的处置

七、标准农田地力分等定级技术方案

参考文献

第四章 土壤肥力质量的综合评价

第一节 土壤肥力质量的概念

第二节 土壤肥力质量评价的意义与时空尺度

一、土壤肥力质量评价的意义

二、土壤肥力评价的时空尺度与范围

第三节 土壤肥力质量评价的工作程序

第四节 土壤肥力质量评价指标选取

一、土壤肥力评价指标的选取原则

二、作物产量或植物生长状况指标

三、单一土壤养分指标与肥力综合性指标

四、土壤肥力评价指标权重分配

第五节 土壤肥力质量评价单元的划分

一、以土壤类型为评价单元

二、以土地利用类型为评价单元

三、以田块为评价单元

四、农业生态单元——SOTER途径

第六节 土壤肥力质量评价模型

一、田间描述评价

二、指数法评价模型

三、环境指数评价模型

四、模糊综合评价模型

五、地统计学评价

六、系统评价方法

七、动力学评价

八、决策树方法

第七节 土壤肥力质量评价实践

一、基于综合质量指数的热带地区土壤质量评价

二、浙江省红壤肥力质量指标集成与评价

参考文献

第五章 土壤环境质量和健康质量指标及评价

第一节 土壤与环境

一、水体污染及其危害

二、水体富营养化与非点源污染

三、大气污染及其危害

四、土壤和温室效应气体

第二节 土壤与人体健康

一、我国环境地质医学发展和成就

二、克山病与土壤环境

三、地方性硒中毒与土壤环境

四、地方性氟病与土壤环境

五、地方性碘病与土壤环境

六、缺锌症与土壤环境

第三节 土壤环境质量指标和土壤健康质量指标及评价

一、土壤环境质量指标和健康质量指标

二、土壤环境质量和土壤健康质量评价

参考文献

第六章 中国重要土壤的土壤质量标准建议方案

第一节 四大类土壤肥力质量评价指标体系

第二节 四大类土壤肥力质量基准建议方案

一、土壤肥力质量评价指标的隶属函数模型

二、四大类土壤肥力质量评价指标等级划分的建议方案

三、土壤肥力质量评价指标隶属度的计算

四、土壤肥力质量指标权重值的计算

五、四大类土壤肥力质量分级的建议方案

第三节 土壤环境质量和土壤健康质量标准的建议方案

一、土壤环境质量和土壤健康质量标准制订的基本原则

二、土壤环境质量标准的建议方案

三、土壤健康质量标准的建议方案

四、土壤环境质量和健康质量的评价方法

参考文献

第七章 土壤肥力质量的时空演变规律(案例研究)

第一节 土壤肥力质量时空演变的研究进展

一、GIS与地统计相结合用于土壤肥力时空演变研究

二、GIS与地统计相结合进行土壤肥力质量时空演变研究现状

第二节 土壤肥力质量评价方法及地统计学原理

一、土壤肥力质量评价方法

二、地统计学

三、克里格(Kriging)插值

第三节 土壤肥力质量的空间分布特征

一、研究区介绍

二、土壤样点的布置、采集与分析

三、20世纪80年代纸质图件数字化处理

四、案例地区水稻田土壤养分描述统计分析

五、1980年土壤养分的空间分布特征

六、2002年土壤养分的空间分布特征

七、土壤肥力质量的空间分布特征

第四节 土壤肥力质量的时空演变

一、土壤养分的演变

二、土壤肥力质量的演变

参考文献

第八章 土壤环境质量的时空演变规律(案例研究)

第一节 土壤环境质量时空变异研究现状

第二节 土壤环境质量时空变异的研究方法

一、土壤环境质量时空变异研究方法

二、研究区概况与采样分析

第三节 水稻田土壤环境质量评价及其空间变异特征

一、水稻田样区土壤重金属现状分析

二、水稻田样区土壤重金属空间变异分析

第四节 蔬菜地土壤环境质量评价及其空间分异特征

一、蔬菜地样区土壤重金属现状分析

二、蔬菜地样区土壤重金属空间变异分析

第五节 蔬菜地土壤环境质量时空演变规律

一、研究区域与数据

二、蔬莱地土壤环境质量时空演变

参考文献

第九章 土壤质量评价咨询系统

第一节 浙北长兴县耕地土壤肥力质量评价咨询系统

一、基于WebGIS的长兴县土壤肥力质量评价咨询系统的建立

二、系统的组成

三、系统结构

四、系统的实现

第二节 杭州市西湖区茶园土壤环境质量管理信息系统

一、系统总体设计

二、数据库的设计与建立

三、系统的实现

四、系统的运行环境

第三节 杭嘉湖平原土壤氟健康质量评价决策系统

一、系统建立

二、系统功能的实现

三、系统运行环境

参考文献

第十章 土壤质量指标与评价的应用与展望

第一节 土壤肥力质量评价与测土配方施肥

第二节 土壤环境质量评价与土壤污染调查

第三节 土壤健康质量评价与农产品安全

第四节 土壤质量评价与农用地分等定级

附录1 表索引(中文)

附录2 表索引(英文)

附录3 图索引(中文)

附录4 图索引(英文)

图版2100433B

本书在“973”项目课题“土壤质量指标的量化表达和评价咨询系统”和其他国家、省部级课题的研究成果，以及长期以来在土壤质量指标与评价研究中所积累的研究成果的基础上编著而成。全书共分10章。系统介绍了土壤质量的概念与内涵及其研究的发展趋势，阐述了土壤肥力质量、土壤环境质量和土壤健康质量的指标体系与评价方法，提出了中国重要土壤类型的土壤质量标准的建议方案，以典型区域水稻土和蔬菜地为例揭示了土壤肥力质量和土壤环境质量的时空演变规律，研发了基于实例分析的土壤质量评价咨询系统，最后对中国土壤质量指标与评价的应用进行了简要展望。

本书可供土壤学、植物营养学、环境科学、生态学、土地科学及农学等领域的研究、教学和技术人员参考，也可供各级政府的农业、环保、土地等部门参考。

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，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阈值和最适值。

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。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(microbial biomass，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，常用3种表示方法：微生物生物量氮(MBN)，潜在可矿化氮(MN)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。

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，是土壤质量评价的基础工作。

《土壤及固体废物监测与评价》是根据教育部高等学校高职高专环保与气象类专业教学指导委员会确定的核心课程及教学大纲，并结合多年的教学经验编写而成。

全书由绪论和八个章节组成。绪论简述了土壤的形成和功能，土壤在农业生产中的地位，土壤及固体废物监测与评价的重要性；第一章介绍了土壤的基本组成、结构和基本性质；第二章阐述了土壤污染相关的概念、土壤污染的危害与防治方法；第三章论述了土壤污染监测的任务、内容、方法和技术；第四章介绍了土壤污染评价、土壤环境现状评价、土壤环境影响评价和土壤环境风险评价；第五章概述了固体废物的基本知识；第六章叙述了固体废物的监测方法，第七章介绍了垃圾堆埋场的环境影响评价方法。第八章实训部分编写了土壤及固体废物监测中常见的项目。

《土壤及固体废物监测与评价》可作为环境监测与评价、环境监测与治理技术、农业环境保护技术等环境类专业教材，也适用于农学、园艺、生态、土壤等专业学生的教材与参考书，还可供有关工程技术人员以及从事环境保护工作的各级人员参考。