为什么土壤线虫群落分析能指示土壤生态质量状况

为什么土壤线虫群落分析能指示土壤生态质量状况

一、土壤质量概念的内涵

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（据曹志洪、周健民）”。

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。

二、土壤质量评价指标体系分类

土壤质量评价指标体系应该从土壤系统组分、状态、结构、理化及生物学性质、功能以及时空等方面，加以综合考虑。土壤质量评价指标体系大致可分为两大类，一类是描述性指标，即定性指标；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。

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、土壤生物学指标三个方面。

1、土壤物理指标：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、土壤持水特性、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。

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：选用了10个参数指标（吴启堂等，1995），既质地、耕层厚度、pH、有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾、容重、CEC。

2、土壤质量的微生物学指标包括：土壤微生物的群落组成和多样性、土壤微生物量、土壤微生物活性、土壤酶活性等。

3、土壤质量的碳氮指标：即生物活性碳和生物活性氮，作为土壤质量评价的一个重要指标，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。

4、土壤质量的生态学指标主要有：种群丰富度、多样性指数、均匀度指数、优势性指数等。

根据土壤质量评价指标涉及的内容，土壤质量指标也可以分四个方面：

1、土壤肥力：土壤肥力因素包括水、肥、气、热四大因素，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、渗透性、有机质、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、土壤通气性、土壤热量、土壤侵蚀状况、pH、CEC等。

2、土壤环境背景：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、重金属元素种类及其含量、污染物存在状态及其浓度等。

3、 土壤生物活性：包括微生物量、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、多样性指标、优势性指标、均匀度指标、杂草等。

三、土壤质量的评价方法

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气候、景观、土壤化学和物理学性质的综合评价（据何文寿）。

由于目前对土壤质量的评价还没有一个统一的标准，为此国家“973计划”中的 “土壤质量演变规律与持续利用” 课题组在充分调研的基础上提出了我国土壤质量指标体系的初步建议方案[1]。该方案由四步组成，第一，测定土壤的化学指标、物理指标和生物指标等质量指标，包括土壤有机质、速效钾、有效磷、pH值、土层厚度、粘粒、容重、水稳性团聚体和微生物生物量碳等。第二，根据土壤质量指标隶属函数计算隶属度，评价指标与作物生长效应曲线之关系的数学表达式即隶属度函数。第三，用因子分析法确定指标的权重值，以特征值＞1为选取主因子的条件作因子分析，得到各质量因子主成分的特征值和贡献率，并由因子载荷矩阵计算土壤质量指标的公因子方差及权重值。第四，计算土壤肥力质量综合评价指标值。根据模糊数学中的加乘法原则，利用专用的计算公式求得土壤肥力质量综合评价指标（据曹志洪、周健民）。

四、无公害食品——水果产地生态环境条件

1、产地选择：无公害水果产地应选择在生态环境良好，无或不受污染源影响或污染物限量控制在允许范围内，生态环境良好的农业生产区域。
2、水果产地灌溉水质量：灌溉水质量指标应符合表1要求

表1 农田灌溉水质量指标（mg/L）

项目
氯化物
氰化物
氟化物
汞
总砷
总铅
总镉
铬（六价）
pH

指标
≤250
≤0.5
≤3.0
≤0.001
≤0.1
≤0.1
≤0.005
≤0.1
≤5.5～8.5

3、水果产地土壤质量：土壤质量指标应符合表2要求

表2 水果产地土壤质量指标（mg/kg）

项目
总汞
总砷
总铅
总镉
总铬
六六六
滴滴涕

pH＜6.5
≤0.30
≤40
≤250
≤0.3
≤150
≤0.5
≤0.5

pH6.5～7.5
≤0.50
≤30
≤300
≤0.3
≤200
≤0.5
≤0.5

pH＞7.5
≤1.0
≤25
≤350
≤0.6
≤250
≤0.5
≤0.5

4、水果产地空气质量：空气质量应符合表3 要求

表3 水果产地空气质量指标

项目
日平均指标
1小时平均指标

总悬浮颗粒物（TSP）（标准状态，mg/m3）
≤0.30

二氧化硫（SO2） （标准状态，mg/m3）
≤0.15
≤0.50

氮氧化物 （NO2） （标准状态，mg/m3）
≤0.12
≤0.24

氟化物 （F） μg /（dm2 ·d）
≤1.8
≤2.0

氟化物 （F） μg /m3
月平均 10

铅（标准状态）μg /m3
季平均1.5

注：表内所列含量限值适用于阳离子交换量＞5cmol/kg的土壤，若≤5cmol/kg，其含量限值为表内数值的半数。

五、无公害食品—— 茶叶的土壤管理
定期监测土壤肥力水平和重金属元素含量，一般要求每2年检测一次。根据检测结果，有针对性地采取土壤改良措施。
采用地面覆盖等措施提高茶园的保土蓄水能力。杂草、修剪枝叶和作物秸杆等覆盖材料应未受有害或有毒物质的污染。
采用合理耕作、施用有机肥等方法改良土壤结构。耕作时应考虑当地降水条件，防止水土流失。对土壤深厚、松软、肥沃，树冠覆盖度大，病虫草害少的茶园可实行减耕或免耕。
幼龄或台刈改造茶园，宜间作豆科绿肥，培肥土壤和防止水土流失。
土壤pH值低于4.0的茶园，宜施用白云石粉、石灰等物质调节土壤pH值至4.5～5.5范围。土壤pH值高于6.0的茶园应多选用生理酸性肥料调节土壤pH值至适宜的范围。
土壤相对含水量低于70％时，茶园宜节水灌溉。灌溉用水符合表4的要求。

表4 无公害茶园灌溉水质标准（mg/L ）

项目
pH值
总 汞，
总 镉
总 砷，
总 铅
铬（六价）
氰化物
氯化物
氟化物，
石油类

浓度限值
5.5～7.5
≤0.001
≤0.005
≤0.1
≤0.1
≤0.1
≤0.5
≤255
≤2.0
≤10

表5 无公害茶园土壤环境质量标准 项 目
浓度限值

pH
4.0～6.5

镉，mg/kg
≤0.30

汞，mg/kg
≤0.30

砷，mg/kg
≤40

铅，mg/kg
≤250

铬，mg/kg
≤150

铜，mg/kg
≤150

六、绿色食品产地土壤肥力分级

土壤肥力评价 :土壤肥力的各个指标, I级为优良、II级为尚可、III级为较差。供评价者和生产者在评价和生产时参考。生产者应增施有机肥, 使土壤肥力逐年提高。