土壤健康是指土壤維持植物、動物和人類的重要生命生態(tài)系統(tǒng)功能的持續(xù)能力，其將農(nóng)業(yè)科學(xué)和土壤科學(xué)與政策、涉眾需求以及可持續(xù)供應(yīng)鏈管理聯(lián)系起來。過去土壤評估側(cè)重于作物生產(chǎn)，而現(xiàn)今土壤健康也包括土壤在水質(zhì)、氣候變化和人類健康中的作用。然而，盡管人們越來越認(rèn)識到土壤生物多樣性的重要性，但由于功能知識有限且缺乏有效的方法，量化土壤健康仍然以化學(xué)指標(biāo)為主。本文即從此角度出發(fā)，論述了土壤健康的定義和歷史，并與其他土壤概念進(jìn)行了比較，同時概述了土壤提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、土壤功能的測量指標(biāo)及其與土壤健康指數(shù)的整合。科學(xué)家應(yīng)把土壤健康作為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的首要原則，而不是僅僅作為一種屬性來衡量。

土壤是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，位于大氣圈、巖石圈、水圈和生物圈的交匯處，對于糧食生產(chǎn)至關(guān)重要，并且其對重要的社會和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的支持是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。正是在這種背景下，于21世紀(jì)初期出現(xiàn)了土壤健康的概念（BOX 1），如今，這一概念已與新興的“全球健康（One Health）”相關(guān)聯(lián)，在“全球健康”這一概念中，人類、動物和環(huán)境的健康都是相互聯(lián)系的。

土壤健康的術(shù)語、概念和操作性仍在不斷發(fā)展（BOX 1）?，F(xiàn)在，大部分機(jī)構(gòu)（如美國農(nóng)業(yè)部）將其定義為維持植物、動物和人類生存的重要生命生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)能力。其他一些相關(guān)概念，包括土壤肥力、土壤質(zhì)量和土壤安全（圖1），也強(qiáng)調(diào)土壤在社會、生態(tài)系統(tǒng)和/或農(nóng)業(yè)中的作用或功能。這些術(shù)語中最狹義的是土壤肥力，指的是土壤在作物生產(chǎn)中的作用。土壤肥力是由農(nóng)民在田間規(guī)模進(jìn)行管理，以實現(xiàn)作物經(jīng)濟(jì)高效的生產(chǎn)，完全聚焦于種植供人類使用的糧食、燃料和纖維。

“土壤健康”來源于“土壤質(zhì)量”，后者描述了土壤對農(nóng)業(yè)及其相關(guān)環(huán)境的作用能力。因此，土壤質(zhì)量包括土壤對整個生態(tài)系統(tǒng)中水質(zhì)、植物和動物健康的影響。雖然二者經(jīng)常被混淆使用,但其含義并不相同，因為土壤健康超出了人類健康的范疇，將其擴(kuò)展到更廣泛的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)（包括地球健康）,而土壤質(zhì)量通常側(cè)重于與人類相關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。

2012年引入的“土壤安全”是四個術(shù)語中最新和范圍最廣泛的一個，它包括了土壤健康?！巴寥罈l件”用來描述土壤的可管理特性。土壤安全內(nèi)涵包括獲得土壤生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的機(jī)會須與其他人權(quán)處于同一水平，因此經(jīng)常在政策背景下使用，包括土壤管理的人類文化、資本和法律等方面。重要的是，土壤安全使人們能夠?qū)⑼寥雷鳛橐环N公共資源進(jìn)行富有成效的討論，就像水和空氣一樣，而不僅僅是作為私有財產(chǎn)(如土壤肥力和質(zhì)量)。我們認(rèn)為必須把討論中心轉(zhuǎn)移到關(guān)于土壤在可持續(xù)性和管理方面的作用上。

土壤健康包括與土壤質(zhì)量和肥力相關(guān)的尺度、利益攸關(guān)方、功能和評估方法，并包含某些土壤安全的政策層面問題（圖1），而不僅僅關(guān)注作物生產(chǎn)或其他明確的人類利益。土壤健康概念的多維性使土壤管理目標(biāo)與可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)保持一致，并應(yīng)為考慮大量利益攸關(guān)方、功能以及時空尺度奠定基礎(chǔ)。土壤健康框架(最初指土壤質(zhì)量)最重要的成就之一是在土壤管理中增加了亟需的生物學(xué)視角，以解決作物長期可持續(xù)性生產(chǎn)的挑戰(zhàn)。生物視角對于擴(kuò)大土壤評估和管理，以解決生物多樣性、水質(zhì)、氣候、娛樂以及人類和地球健康等人類以外的問題也至關(guān)重要。

圖1. 土壤肥力、質(zhì)量、健康和安全。這些概念因其所涉及的相關(guān)空間尺度、功能、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和利益相關(guān)者而不同(在圖的右側(cè)作為嵌套概念列出)。這些概念在土地權(quán)和土壤評估上也存在差異。土壤健康包括一系列廣泛的生態(tài)系統(tǒng)功能、服務(wù)和參與者，影響著一系列廣泛的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。這里列出的五種功能影響著整體的土壤生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。

歷史上，科學(xué)家們對土壤健康的概念感到擔(dān)憂，這是由于在定義土壤健康上存在巨大挑戰(zhàn)，須能對包括人類健康在內(nèi)的所有生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行通用的定量評估，造成這一挑戰(zhàn)的原因包括土壤異質(zhì)性、土壤管理的場地特殊性以及有時存在沖突或競爭需求的不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。盡管如此，土壤健康概念的使用仍引起研究人員、政策制定者和利益攸關(guān)方的廣泛關(guān)注。

從這個角度，我們描述了土壤健康管理與植物可持續(xù)生產(chǎn)、水質(zhì)、人類健康和減緩氣候變化之間的關(guān)系，概述了生物、化學(xué)和物理指標(biāo)及其納入土壤健康綜合方法的現(xiàn)狀，并主張在土壤健康評估中納入更多的生物指標(biāo)。最后，本文討論了最近在測量和監(jiān)測土壤健康方面的技術(shù)發(fā)展，以及土壤健康研究和管理的未來方向。

圖2. 土壤健康和全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。土壤健康通過作物生產(chǎn)、質(zhì)量、儲存和運輸，食物的品質(zhì)和味道，土壤污染，以及氣候變化，娛樂和文化影響人類和地球健康。土壤健康對植物和土壤生物的直接影響有助于評估因果關(guān)系(例如土壤養(yǎng)分有效性影響作物生產(chǎn))。連鎖效應(yīng)(例如通過作物質(zhì)量和糧食儲存間接影響人類健康的土壤養(yǎng)分有效性)需要證明其因果關(guān)系，因此，在某些情況下，仍然需要建立科學(xué)依據(jù)。

2.1 植物可持續(xù)生產(chǎn) 

植物生產(chǎn)是集約農(nóng)業(yè)的主要目標(biāo)，也是土壤健康管理的一個重點，因為它影響到水的使用和質(zhì)量、人類健康、動物健康、氣候和生物多樣性（圖2）。然而，從土壤健康的角度來看，僅通過使用農(nóng)用化學(xué)品(主要是肥料)管理養(yǎng)分有效性是不足以優(yōu)化植物生長的。此外，人們越來越認(rèn)識到集約農(nóng)業(yè)中用于增加植物總產(chǎn)量的一些管理措施對土壤健康有害。例如，對植物生產(chǎn)至關(guān)重要的生根深度在很大程度上取決于土壤結(jié)構(gòu)，而土壤結(jié)構(gòu)則部分由有機(jī)質(zhì)含量和整地決定。耕作中土壤壓實會對土壤結(jié)構(gòu)產(chǎn)生負(fù)面影響，且僅使用無機(jī)肥料(與有機(jī)肥料相反，如堆肥、糞肥或覆蓋作物)往往不足以恢復(fù)或保持土壤有機(jī)質(zhì)的適當(dāng)水平。因此，關(guān)注土壤健康應(yīng)使土壤管理從依賴無機(jī)肥料擴(kuò)展到采用有機(jī)改良劑和秸稈還田，減少耕作的機(jī)械影響，增加植物在時間和空間上的多樣性或通過等高線耕作(沿海拔等高線耕作)以及草帶以減少土壤侵蝕。

除了管理植物生產(chǎn)所需的土壤理化性質(zhì)外，土壤健康還需考慮到植物與根際土壤微生物群落之間的相互作用，這些作用可以促進(jìn)或抑制植物生長。促進(jìn)土壤微生物以提高植物產(chǎn)量需要管理微生物的豐度和活性、群落組成和特定功能。例如，有機(jī)改良劑(如堆肥)可以通過促進(jìn)有益微生物的生長來增強(qiáng)植物對病原體的抵抗力。在許多情況下，通過增加改良或減少耕作以提高有機(jī)質(zhì)含量可以增加生物多樣性，從而有望提高作物的抗逆性。但是也有例外，例如在某些情況下，減少耕作會降低作物產(chǎn)量，進(jìn)而減少土壤有機(jī)碳含量。

2.2 水質(zhì)

當(dāng)雨水和融雪流經(jīng)土壤時，土壤可能成為污染物的源和/或匯（圖2）。這些污染物包括除草劑、殺蟲劑、重金屬、抗生素、激素、微塑料、病原體、多環(huán)芳烴、全氟烷基和多氟烷基物質(zhì)。此外，農(nóng)業(yè)化肥使用造成的營養(yǎng)污染是一個全球性問題，會導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化和/或缺氧，促進(jìn)有害藻華的生長，并對飲用水質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，土壤管理需在支持作物生長和水質(zhì)之間進(jìn)行權(quán)衡，這需要仔細(xì)考慮并綜合多種管理策略。

為了維持良好的水質(zhì)，需要進(jìn)行土壤健康管理，從而將污染物和其他有害物質(zhì)保留在土壤中，并對它們進(jìn)行緩沖和生物轉(zhuǎn)化。增加土壤有機(jī)質(zhì)能吸附重金屬和有機(jī)毒素，其中一些吸附作用幾乎是不可逆的。使用緩沖區(qū)可以減緩硝酸鹽、磷酸鹽或農(nóng)藥污染向水體的遷移，例如農(nóng)業(yè)區(qū)或人工濕地附近的植被過濾帶。土壤生物可以將有機(jī)污染物，如常見的碳?xì)浠衔锛妆剑D(zhuǎn)化為無害的化合物。因此，作為土壤健康的關(guān)鍵屬性，有機(jī)質(zhì)含量和微生物活性均可改善土壤徑流的水質(zhì)。

城市土壤的土壤健康狀況尚未得到充分的認(rèn)識，但可能比農(nóng)業(yè)土壤包含更廣泛的污染物，而且許多城市土壤也被改造為可以迅速排水或完全不排水的程度。因此，城市土壤的土壤健康管理必須在消除地表徑流與減少排水來保留水和污染物之間取得平衡。為了提供潔凈的飲用水，可以利用生物滯留池和人工土壤以實現(xiàn)物理滯留管理與污染物生物轉(zhuǎn)化的結(jié)合。

2.3 人類健康

人類健康在很大程度上取決于土壤健康，包括但不限于土壤通過作物生產(chǎn)與人類健康之間的明顯聯(lián)系（圖2）。作物類型及其營養(yǎng)成分也十分重要，土壤中微量營養(yǎng)元素的高利用率有助于降低營養(yǎng)不良，較高的土壤有機(jī)質(zhì)含量有利于提高作物的營養(yǎng)價值。除了這些相對普遍的特性外，作物的營養(yǎng)價值還取決于土壤生物多樣性，其能夠提高作物對微量營養(yǎng)元素的生物利用率，抑制土傳植物病害，并且影響口感、食物儲存和食品加工。

土壤也會對人類健康產(chǎn)生負(fù)面影響。例如，土壤污染物可以通過直接接觸、灰塵、懸浮物或雨水污染農(nóng)產(chǎn)品。一些化合物，如砷和大多數(shù)無機(jī)污染物，也可以通過植物根系被吸收并在籽?；蚬麑嵵蟹e累。除非生物污染物外，土壤還可能含有致病真菌，其能通過產(chǎn)生真菌毒素污染植物果實，并在動物和人類中引起急慢性疾病。此外，土壤中生存著大量寄生蠕蟲(蠕蟲病)，這些寄生蟲可以在人類胃腸道中存活數(shù)年，引起營養(yǎng)不良并導(dǎo)致發(fā)育遲緩。

雖然土壤是病原體的宿主，但歷史上它也是醫(yī)療工業(yè)用于生產(chǎn)抗生素(如鏈霉素)的有機(jī)體的來源。大多數(shù)土壤微生物仍有待發(fā)現(xiàn)和鑒定，一些重要發(fā)現(xiàn)還可應(yīng)用于人類醫(yī)學(xué)。量化和管理土壤生物多樣性是土壤健康管理目標(biāo)的一部分，為阻止微生物物種滅絕以及未來的生物勘探保留了機(jī)會。

表1. 土壤指標(biāo)，納入生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評價的功能，指標(biāo)類型以及評價方法。超過20%的土壤健康評估方案所包括的指標(biāo)標(biāo)記為“>20%”。在至少包含在一種方案中但少于20%的指標(biāo)標(biāo)記為“<20%”。通常不包括在評估方案內(nèi)，但建議使用的指標(biāo)標(biāo)記為“proposed”。與某一生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)不直接相關(guān)的指標(biāo)標(biāo)記為“?”，較相關(guān)的被標(biāo)記為“+”。B：生物的；C：化學(xué)的；GHG：溫室氣體；P：物理的。a部分來自參考文獻(xiàn)。b給出的方法較寬泛，其中一些提出了詳細(xì)的方法(見參考文獻(xiàn))，另一些則是對未來探索的建議。

2.4 氣候變化

土壤管理可以緩解或加劇氣候變化及其對其他土壤生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響，如水質(zhì)或植物生產(chǎn)。以減緩氣候變化的策略為例，將碳以有機(jī)質(zhì)的形式固定在土壤中，可提高作物生產(chǎn)力和抗旱抗洪能力，進(jìn)而促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展。此外，可通過增加有機(jī)肥或土壤改良劑的使用以及減少耕作來提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，以增加團(tuán)聚并控制微生物礦化產(chǎn)生的二氧化碳（表1），同時促進(jìn)植物生長。然而，土壤健康管理需在氣候變化和糧食生產(chǎn)之間權(quán)衡利弊。例如，施用氮肥增加作物產(chǎn)量的同時也會增加溫室氣體一氧化二氮的排放。這些實例突出了平衡土壤多種用途的困難，以及提供背景和目標(biāo)對于土壤健康管理的重要性。