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土壤质量评价

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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)根据目前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,目前常用3种表示方法:微生物生物量氮(MBN),潜在可矿化氮(PMN)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,et al,1995),其参数为:①团聚性(aggregation),②容重(bulk density),③至硬盘的距离(distance to hardpan),④渗滤性(infiltration),⑤电导率(conductivity),⑥持水率(water holding capacity),⑦pH,⑧有机质(organic matter),⑨可矿化氮(mineralizable nitrogen),⑩呼吸作用(respiration)。

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