導(dǎo) 讀
土壤功能評價指標(biāo)解譯可以為土壤功能評價提供參考，增加土地管理與規(guī)劃者對土壤的理解，為土地利用規(guī)劃提供基礎(chǔ)，有利于土壤與土地資源的合理規(guī)劃與可持續(xù)管理。
1 背景
近50 年來，隨著世界人口增長、資源枯竭、環(huán)境惡化等問題加劇，使人們逐漸認(rèn)識到土壤不但是孕育萬物之本，更是維持陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是維持其可持續(xù)性的至關(guān)重要的有限資源。在1972 年頒布的《歐洲土壤憲章》（European Soil Charter）中指出，土壤是人類最寶貴的財產(chǎn)，為動植物和人們提供棲息和居住場所以及環(huán)境；土壤是易受破壞的有限資源，人們在對其進(jìn)行農(nóng)業(yè)、工業(yè)等其他用途利用時，必須進(jìn)行區(qū)域規(guī)劃以滿足當(dāng)下和將來的需要；農(nóng)場主和林場主必須保護(hù)土壤的質(zhì)量；防治土壤侵蝕、土壤污染；在規(guī)劃過程中，必須評價城市發(fā)展對周邊土地的影響，從而采取有效的保護(hù)措施；各級政府都必須開展土壤保護(hù)工作，并接受公共的的監(jiān)督。
1982年聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（Food andAgriculture Organization, FAO）、聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（United Nations Environment Programme, UNEP） 和國際土壤學(xué)會擬定了《世界土壤憲章》（World SoilCharter），強調(diào)了土壤資源與糧食安全、土壤圈與全球變化的相關(guān)性。憲章中指出，土地資源是有限的，土地生產(chǎn)糧食的能力也是有限的，它還受到土壤、氣候和管理水平的限制。呼吁政府和民眾參與土壤保護(hù)活動，并根據(jù)土壤功能考慮合理的土地利用方式和社會經(jīng)濟要素。
土壤的功能不僅限于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，在維護(hù)區(qū)域和全球的環(huán)境質(zhì)量方面也起著重要的作用，是生物系統(tǒng)進(jìn)行全球性能量和物質(zhì)循環(huán)的重要場所，并與人類生活緊密相連，其變化也在深刻影響著各個國家和整個世界的社會經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展。為了資源的合理利用與社會的可持續(xù)發(fā)展，加強學(xué)科交叉領(lǐng)域的交流，增強土壤學(xué)者與土地學(xué)者的合作十分必要。選取合理的土壤功能評價指標(biāo)，并對其進(jìn)行解譯，有助于土地規(guī)劃者了解土壤相關(guān)表征指標(biāo)與土壤、土地的關(guān)系，為土壤資源保護(hù)和土地利用合理規(guī)劃提供科學(xué)參考依據(jù)。
2 土壤功能分類
土壤作為一種有生命的動態(tài)資源，是生產(chǎn)糧食、纖維、水果、蔬菜等的基地，同時也有維持全球生態(tài)平衡的功能。國際上對土壤功能的界定，多見于土壤保護(hù)的相關(guān)政策法規(guī)中。在德國《聯(lián)邦土壤保護(hù)法》（1998）、《歐盟土壤保護(hù)戰(zhàn)略》（2002）、歐盟《歐洲土壤憲章》修訂版（2003）、《英國土壤保護(hù)實施規(guī)劃（2004-2006）》、《歐盟土壤保護(hù)修復(fù)指導(dǎo)框架》（2006）中，都對土壤功能的類別進(jìn)行了定義，而且從相關(guān)的表述中，可以發(fā)現(xiàn)人們對土壤的功能認(rèn)識的不斷深化。如，在《歐盟土壤保護(hù)修復(fù)指導(dǎo)框架》（2006） 中，碳存儲作為土壤功能之一，首次被列入指導(dǎo)框架。
國外的土壤功能分類體系較為全面，并上升到法律的高度；相比而言，國內(nèi)還沒有關(guān)注土壤功能分類本身的研究，大多為不同學(xué)者根據(jù)其研究需要而對土壤功能進(jìn)行了不同劃分。如姜明、崔巍針對濕地土壤，進(jìn)行的土壤環(huán)境功能劃分與歸納等。結(jié)合國內(nèi)外研究成果，土壤功能主要有六個方面：①環(huán)境交互媒介功能。土壤作為水分、養(yǎng)分和碳循環(huán)的組成部分，在水分和養(yǎng)分供給、碳存儲方面有重要的作用。此外，土壤可以對重金屬的進(jìn)行緩沖過濾，對有機污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)化分解。②動植物棲息地功能。作為動植物棲息地和基因庫，對維持生物多樣性、保護(hù)稀有動植物有重要意義。③作物生產(chǎn)功能。包括農(nóng)業(yè)、林業(yè)生產(chǎn)，糧食作物和經(jīng)濟作物生產(chǎn)。④人居環(huán)境功能。作為人類生活和居住的環(huán)境，有提供建筑、休閑娛樂場所，維護(hù)人類健康發(fā)展的功能。⑤自然文化歷史檔案功能。土壤作為歷史檔案，有記錄自然變化和人文歷史的功能。⑥原材料供給功能。具有供給黏土、沙石，進(jìn)行礦物提取的功能，但此功能不具有可持續(xù)性。
根據(jù)評價需求的不同，土壤功能還可以逐級細(xì)分如表1 所示。在大的分類下面可以將土壤功能進(jìn)一步細(xì)分為二級、三級土壤功能。例如，土壤的環(huán)境交互媒介功能，可以細(xì)分為五個二級土壤功能，即土壤水分循環(huán)功能、養(yǎng)分循環(huán)功能、碳存儲功能、緩沖過濾功能和分解轉(zhuǎn)化功能；而其中又可以將土壤水分循環(huán)功能細(xì)化成兩個三級土壤功能，即在質(zhì)量方面的土壤水分循環(huán)功能和在數(shù)量方面的土壤水分循環(huán)功能。具體劃分如圖1 所示。
3 土壤功能評價指標(biāo)選取與解譯
在進(jìn)行土壤功能的評價時，按照土壤的不同功能，選取相關(guān)的指標(biāo)，進(jìn)行分項評價。
選取指標(biāo)的原則主要考慮以下因素：①相關(guān)性與代表性，選取指標(biāo)與所評價功能密切相關(guān)，能夠代表或反映所評價功能的主要屬性；②靈敏性，能靈敏地指示土壤屬性與土壤各功能的變化；③通用性，一方面能適用于不同土壤類型與土地利用類型，另一方面能適用于時間和空間上的變化；④可獲取性與經(jīng)濟性：所選定的指標(biāo)易于獲得，測定或分析花費較少，測定過程簡便快速。具體選取指標(biāo)如表2 所示。
3.1 環(huán)境交互功能
在土壤的環(huán)境交互功能中，可以分成四個方面分別進(jìn)行評價：水分循環(huán)、養(yǎng)分循環(huán)、緩沖過濾和分解轉(zhuǎn)化功能。
3.1.1 水分循環(huán)功能 將土壤作為對水文循環(huán)的組成部分進(jìn)行評價，可以從水循環(huán)的數(shù)量和質(zhì)量兩個方面考慮。在土壤水循環(huán)功能數(shù)量方面的評價中，著重評價土壤對地下水的補給和土壤對雨水、露水的滲透能力，關(guān)鍵是準(zhǔn)確界定滲透的能力，并只有導(dǎo)水率（kf）起決定性作用，同時并考慮空氣容量（AC），旨在防止水土流失、山體滑坡和洪水。在土壤水循環(huán)功能質(zhì)量方面的評價中，主要考慮導(dǎo)水率（kf） 和有效田間持水量（AFC），以及地下水位，因為只有在土壤有足夠的持水保水能力時，才能促進(jìn)水中溶質(zhì)滲透，并對污染物進(jìn)行微生物降解，從而成為良好的緩沖過濾媒介，保護(hù)地下水質(zhì)。如果地下水是飲用水資源或與飲用水接觸，則土壤水循環(huán)的質(zhì)量方面就具有特殊的重要性。
3.1.2 養(yǎng)分循環(huán)功能 土壤養(yǎng)分循環(huán)功能評價是基于土壤的自然肥力，評價土壤的養(yǎng)分循環(huán)，因此，評價方法適用于農(nóng)業(yè)和林業(yè)用地。能夠較好參與營養(yǎng)循環(huán)的土壤，是經(jīng)過濾不易丟失營養(yǎng)物質(zhì)（如硝酸鹽和其他物質(zhì)）的土壤。此外，在土壤養(yǎng)分循環(huán)功能評價中較優(yōu)的土壤也適用于公園、草地、生態(tài)用地。
一般來說，土壤能夠在過濾中保留營養(yǎng)物質(zhì)并把它們轉(zhuǎn)換為可利用的有機質(zhì)。這說明土壤能夠從大氣、肥料及鄰近土地中吸收營養(yǎng)物質(zhì)。與此同時，如果植物需要，土壤還可以釋放更多的營養(yǎng)物質(zhì)。在通過施肥等額外增加營養(yǎng)物質(zhì)后，土壤可以從土壤溶液中吸收陽離子，如鈣、鎂、鉀、鈉。土壤保持或者釋放營養(yǎng)物質(zhì)的能力取決于營養(yǎng)物質(zhì)的供給與需求，可以通過有效陽離子交換量進(jìn)行評判。土壤母質(zhì)、質(zhì)地與結(jié)構(gòu)也可以作為判定影響營養(yǎng)供給能力的考慮因素。
3.1.3 碳存儲功能 土壤碳儲量占碳庫總碳儲量的80%以上，是碳匯的主要場所，在全球變暖的大背景下，土壤的碳存儲功能顯得尤為重要。歐盟也在2006年的《歐盟土壤保護(hù)修復(fù)指導(dǎo)框架》中，將碳存儲加入土壤功能之中。土壤中所存儲的碳，分為有機碳和無機碳兩部分。其中，土壤有機碳儲量的主要來源是凋落物，主要反映在腐殖質(zhì)或有機質(zhì)的含量上，受凋落物的數(shù)量及其分解的直接影響，土壤有機碳儲量變化較大。而土壤無機碳含量主要和成土母質(zhì)相關(guān)，較為穩(wěn)定，變化較小。
3.1.4 緩沖過濾功能 土壤作為重金屬的緩沖區(qū)和過濾器，是土壤的一項非常重要的功能。在非農(nóng)業(yè)或林業(yè)利用區(qū)域，土壤的這個功能尤其重要，因為城市地區(qū)的工業(yè)及道路交通產(chǎn)生的重金屬大量進(jìn)入土壤。同時，許多敏感生物（如人類和動植物）的健康會因為土壤無法吸附的重金屬而受損。此外，當(dāng)土壤富集大量重金屬并超過其所能容納的極限值時，污染物會下滲，從而影響地下水的質(zhì)量。
黏土礦物和土壤有機質(zhì)吸附重金屬能力的大小，有賴于pH值的高低。隨著pH的減小，粘土礦物吸附重金屬的能力會減弱；同時，土壤有機質(zhì)的溶解量會隨著堿性的增強而增加。這種動態(tài)的交互作用在進(jìn)行土壤對重金屬的緩沖過濾功能評價時，必須予以考慮。具有大塊結(jié)構(gòu)的土壤，質(zhì)地較粘，容易阻止固體、液體、氣體之間的溶解物質(zhì)交換，以及土壤結(jié)構(gòu)體內(nèi)部各成分的移動。此外，因人為或者是地質(zhì)成因引起的大量重金屬的集聚會減弱土壤的過濾緩沖能力，因此，在評價中需要考慮土壤的環(huán)境容量，即土壤重金屬的臨界含量與土壤已有重金屬含量的差值。所以，土壤緩沖過濾功能的評價是基于粘土和有機質(zhì)的含量，并根據(jù)pH和土壤結(jié)構(gòu)分級，同時考慮土壤的環(huán)境容量。
3.1.5 分解轉(zhuǎn)化功能 土壤作為分解轉(zhuǎn)化媒介，對土壤微生物分解及轉(zhuǎn)化有機污染物的能力起著非常重要的作用。在這里，土壤為微生物的所能提供的環(huán)境狀況非常重要。一旦水、營養(yǎng)物質(zhì)、溫度及其他條件達(dá)到最佳，就能夠觀測到較高的新陳代謝率及物質(zhì)轉(zhuǎn)化率。因為微生物的活動主要集中在表土層，因此，進(jìn)行土壤作為轉(zhuǎn)換媒介的評價時，只考慮土壤表層。評價時選擇有機質(zhì)含量、表土層厚度、表土結(jié)構(gòu)、pH值和地下水位等對微生物活動影響較大的因素。由于土壤微生物的復(fù)雜多樣性，土壤微生物本身不作為具體考慮因素，而土壤分解轉(zhuǎn)化功能評價中主要考慮土壤微生物體的存活潛力，從而得出微生物對有機污染物的分解轉(zhuǎn)化能力。
3.2 動植物棲息地
動植物棲息地功能的主要是以動植物保護(hù)為目的，確保土壤能夠為植物和動物提供棲息場所。土壤，無論是作為還是可能作為某種特殊或稀有物種的棲息地，都具有很高的保護(hù)價值。土壤作為動植物棲息地的功能（或潛在動植物群落發(fā)展地）對于保護(hù)和提高生物多樣性具有重要作用。土壤動植物棲息地功能的評價不僅考慮地表的有機體而且考慮土壤內(nèi)的生命形式。然而，由于微生物的多樣性，統(tǒng)計與評價過程復(fù)雜，因而不包括在此評價范圍之內(nèi)。
選擇土壤作為某種特殊有機體的棲息地，考慮土壤的自然性、稀有性，將土壤的特殊價值，視為有利于種植物發(fā)展的指標(biāo)。這種方法的指導(dǎo)原則是基于Grotigroft，Hocnrelo 和Mtenltcn 的研究成果。對土壤自然性的判斷，主要是看人為改造的力度和類型。水分供給量低但有盈余，被視為好的土壤。同時也要關(guān)注不具有此種特性，但能夠提供相似重要棲息地潛力的土壤。在選擇稀有鹽土植物的棲息地時，較高的土壤水分含鹽量和pH 值水平，都應(yīng)加以考慮。這種方法不僅適用于含鹽量較高地區(qū)，而且適用于受采礦及人類活動影響的地區(qū)，以及那些具有支持動植物群落生境發(fā)展的地區(qū)。與此相反，不考慮重金屬富集的土壤及適合特殊有機體生存的土壤，因為對這些受污染區(qū)域的保護(hù)需要相關(guān)專家的指導(dǎo)。土壤pH值不被作為植被耐酸性的指標(biāo)，很少有植物喜歡酸性、潮濕或營養(yǎng)匱乏的生長環(huán)境。
較少受到人類影響的土壤，具有較高的價值。因此，即使某地區(qū)產(chǎn)量較低，對某些特殊生物的作用較小，但由于它們很少受到人類活動的影響，也會被認(rèn)為具有較高的價值。這個判定的目的是保護(hù)未受農(nóng)業(yè)活動影響而改變的少數(shù)區(qū)域。
3.3 作物生產(chǎn)功能
土壤的生產(chǎn)功能在人們的生活中起著非常重要的作用。對土壤生產(chǎn)功能的評價，一般來說是對土壤作為耕地的生產(chǎn)潛能進(jìn)行的評價，并且主要是基于土壤的自然肥力要素。其中，植物的根系深度非常重要，因為植物生長所需要的營養(yǎng)全部由根部吸收得來。評價方法中同時涉及土壤結(jié)構(gòu)、有機質(zhì)含量，結(jié)構(gòu)良好、有機質(zhì)含量豐富的土壤，貯存的水分多、營養(yǎng)豐富，與腐殖質(zhì)含量相對較少的土壤相比，更有利于植物生長。另外，土壤中的腐殖質(zhì)使土壤結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，同時可以減少水土流失。pH是限制土壤生物和化學(xué)活性的閾值；陽離子交換量體現(xiàn)土壤可以提供陽離子的數(shù)量，反映土壤的養(yǎng)分供給能力。此外，土壤中水分和空氣的含量也是影響植物生長的一個重要因素。
年平均氣溫是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一個重要的區(qū)域性因素，土壤的生產(chǎn)力受年平均最低氣溫的限制。評價中還包括了地形因素，因為即使采取措施改善水土流失，坡度過大的土壤也不適宜長期的農(nóng)業(yè)耕種。水分條件也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要因素，包括灌排條件與地下水位，良好的灌排條件與適宜的地下水位，都能夠促進(jìn)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)。
3.4 人居環(huán)境功能
健康良好的土壤在提升城市環(huán)境質(zhì)量中發(fā)揮著重要的作用，但這一作用往往被忽視。土壤能夠增加空氣的濕度同時可以明顯減少灰塵的數(shù)量，包括空氣中的微小塵埃。植物可以過濾空氣中的塵埃，當(dāng)塵埃進(jìn)入土壤，會被分解和礦化。若土壤被封閉，則失去了相應(yīng)的功能。
土壤作為人類的居住環(huán)境，與人類生活息息相關(guān)，其污染與否直接關(guān)系著人類的健康。在土壤保護(hù)中，應(yīng)十分重視土壤污染的修復(fù)，因為污染的土壤對人類健康具有嚴(yán)重的隱患。例如，土壤污染會影響作物質(zhì)量，食用在污染土壤上所長出的作物，會損害人類的健康。從更廣泛的層面上來看，受到污染的土壤，可能會減少某一食物鏈中所有物種的生命與活力。
對土壤污染程度的判定與國家法規(guī)中制定的標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)。如果不確定土壤是否受到污染，則需要在評價結(jié)果里具體說明。如果當(dāng)前或者將來的土地利用需要進(jìn)一步了解土壤受損狀況，那么需要進(jìn)行更深入的區(qū)域調(diào)查。調(diào)查中主要考慮那些有污染性的工廠，因為工業(yè)產(chǎn)生的污染物可能通過空氣或者水的流動，在很大范圍內(nèi)進(jìn)行傳播和釋放。車流量較大的公路周邊土壤，會因汽車尾氣排放的鉛等重金屬污染，而普通的污染源，像大量的源于人類活動而釋放的二氧化氮，并由此帶來的氮的排放不被視為污染擴散源。對于土壤功能評價來說，居民住宅開發(fā)區(qū)或者每天來往車輛小于1000輛的道路，不能當(dāng)做擴散性污染源。然而，如果這種污染源在離居民點很近的范圍內(nèi)，可被視為點狀源污染。通過調(diào)查，收集有可能導(dǎo)致土壤污染的廠礦信息，將有污染的廠礦或生產(chǎn)車間在地圖中標(biāo)出，可以判斷出是否存在污染源。關(guān)于污染物排放的相關(guān)生產(chǎn)活動信息，可以從以往及當(dāng)前的土地利用記錄或文獻(xiàn)中獲取；或通過與當(dāng)?shù)鼐用窠徽劊玫较嚓P(guān)信息。
3.5 自然文化歷史檔案功能
土壤的自然文化歷史檔案功能評價，是為了對具有特殊歷史意義的土壤進(jìn)行相應(yīng)保護(hù)的問題。如果土壤能夠反映出自然歷史中地質(zhì)地貌的變化，早期土壤的形成及其環(huán)境條件，或者可以反映早期人類的生產(chǎn)生活，那么這些土壤就具有特殊的保護(hù)價值。這些歷史信息有利于我們了解過去、理解現(xiàn)在和預(yù)測未來。土壤的自然文化歷史檔案功能，具有高度的變異性，很難建立一個通用的法則，這些土壤特性會因其揭示的環(huán)境與背景的不同而產(chǎn)生不同甚至相反的意義。因此，此項功能的評估需要當(dāng)?shù)刭Y料，土壤學(xué)家、地理學(xué)家、地質(zhì)學(xué)家、考古學(xué)家和歷史學(xué)家等專家的參與，并且以定性評價為主。
土壤的自然文化歷史檔案功能的評價，可以從自然歷史和文化歷史兩個方面考慮。在自然歷史方面，主要考慮是否有反應(yīng)古氣候古地貌變化的稀有獨特土壤，如腐爛的及殘留的土壤，具有冰原或其他古氣候特征的土壤；具有明顯的潛育特征的土壤；泥炭，或起源于稀有物質(zhì)的土壤；在歷史文化方面，主要考慮土壤是否具有人文歷史遺跡，如土壤是否含有杰出的代表文化歷史的工藝品，是否起源于稀有、受人為影響的底土層（有城市發(fā)展的歷史遺跡），或是否具有其他被特殊保護(hù)的歷史價值等。
3.6 原材料供給功能
土壤可以為人們提供生產(chǎn)原材料，粘土含量較高的土壤可以用來燒磚或者制陶，而土壤中的砂石可以用來建筑，因此，在此項功能評價中，主要考慮土壤的土壤質(zhì)地、礦物學(xué)類型及含量。同時，要考慮當(dāng)?shù)氐膮^(qū)位條件和土地利用狀況、相關(guān)政策法規(guī)，判斷是否適于開發(fā)和利用。
4 討論
土壤功能評價指標(biāo)選取是土壤功能評價的基礎(chǔ)，為以土地利用規(guī)劃為導(dǎo)向的土壤評價提供參考基礎(chǔ)。在這里需要注意以下問題：
指標(biāo)的可獲取性與易測程度。著重于土壤功能評價指標(biāo)的簡單易測性，并考慮到土壤評價的易操作性，有些復(fù)雜指標(biāo)沒有考慮在內(nèi)。如，在對土壤的分解轉(zhuǎn)化功能中，由于土壤微生物的復(fù)雜多樣性，沒有將其列入，只考慮了土壤微生物可能生存土壤條件的適宜性；此外，由于土壤有機污染物的種類與數(shù)量受外界影響較大，測定要求較高，土壤有機污染程度也未考慮在內(nèi)。
土壤功能的細(xì)化與指標(biāo)取舍問題。根據(jù)評價尺度與范圍的不同，土壤功能可以進(jìn)一步細(xì)化，如土壤的生產(chǎn)功能，可以細(xì)化為針對糧食作物、林木、牧草生長的土壤生產(chǎn)功能，同時選取的相關(guān)評價指標(biāo)也有所不同。例如，氧化還原電位這一指標(biāo)，主要應(yīng)用于水稻田的土壤生產(chǎn)功能評價中，而在小麥田的土壤生產(chǎn)功能評價中則無需使用。我國水稻田占耕地比例較小，尤其在北方地區(qū)，本文未將氧化還原電位這一指標(biāo)列入。因此，評價尺度與評價對象不同，選取的評價指標(biāo)都需要有所取舍。
基礎(chǔ)評價指標(biāo)的多宜性與復(fù)雜指標(biāo)的推導(dǎo)問題。有些基礎(chǔ)土壤指標(biāo)出現(xiàn)頻率很高，具有多宜性，在多個土壤功能評價指標(biāo)中都可以看到，如土壤質(zhì)地、有機質(zhì)含量、容重等。而有些復(fù)雜指標(biāo)可以通過基礎(chǔ)土壤參數(shù)進(jìn)行推導(dǎo)，如采用土壤轉(zhuǎn)換函數(shù)，根據(jù)已有經(jīng)驗函數(shù)，利用某些基礎(chǔ)土壤參數(shù)推導(dǎo)出較為復(fù)雜的土壤參數(shù)，從而簡化了評價過程，減少了工作量。但是，推導(dǎo)土壤參數(shù)和實測數(shù)據(jù)存在一定的差距。在以土地利用規(guī)劃為應(yīng)用方向的土壤功能評價中，由于區(qū)域規(guī)劃的宏觀性，允許一定誤差的存在。然而，使用推導(dǎo)指標(biāo)的合理性需要根據(jù)實際情況進(jìn)行驗證。
將土壤功能進(jìn)行歸納，提供一個具有可操作性的土壤功能評價指標(biāo)體系，基于此套體系的評價結(jié)果，可以為土地合理利用與規(guī)劃提供基礎(chǔ)，并為土壤與土地資源的有效管理及其可持續(xù)發(fā)展提供參考依據(jù)。