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土壤功能评价指标解译可以为土壤功能评价提供参考，增加土地管理与规划者对土壤的理解，为土地利用规划提供基础，有利于土壤与土地资源的合理规划与可持续管理。

1 背景

近50 年来，随着世界人口增长、资源枯竭、环境恶化等问题加剧，使人们逐渐认识到土壤不但是孕育万物之本，更是维持陆地生态系统的重要组成部分，是维持其可持续性的至关重要的有限资源。在1972 年颁布的《欧洲土壤宪章》（European Soil Charter）中指出，土壤是人类最宝贵的财产，为动植物和人们提供栖息和居住场所以及环境；土壤是易受破坏的有限资源，人们在对其进行农业、工业等其他用途利用时，必须进行区域规划以满足当下和将来的需要；农场主和林场主必须保护土壤的质量；防治土壤侵蚀、土壤污染；在规划过程中，必须评价城市发展对周边土地的影响，从而采取有效的保护措施；各级政府都必须开展土壤保护工作，并接受公共的的监督。

1982年联合国粮食及农业组织（Food andAgriculture Organization, FAO）、联合国环境规划署（United Nations Environment Programme, UNEP） 和国际土壤学会拟定了《世界土壤宪章》（World SoilCharter），强调了土壤资源与粮食安全、土壤圈与全球变化的相关性。宪章中指出，土地资源是有限的，土地生产粮食的能力也是有限的，它还受到土壤、气候和管理水平的限制。呼吁政府和民众参与土壤保护活动，并根据土壤功能考虑合理的土地利用方式和社会经济要素。

土壤的功能不仅限于农业生产，在维护区域和全球的环境质量方面也起着重要的作用，是生物系统进行全球性能量和物质循环的重要场所，并与人类生活紧密相连，其变化也在深刻影响着各个国家和整个世界的社会经济持续发展。为了资源的合理利用与社会的可持续发展，加强学科交叉领域的交流，增强土壤学者与土地学者的合作十分必要。选取合理的土壤功能评价指标，并对其进行解译，有助于土地规划者了解土壤相关表征指标与土壤、土地的关系，为土壤资源保护和土地利用合理规划提供科学参考依据。

2 土壤功能分类

土壤作为一种有生命的动态资源，是生产粮食、纤维、水果、蔬菜等的基地，同时也有维持全球生态平衡的功能。国际上对土壤功能的界定，多见于土壤保护的相关政策法规中。在德国《联邦土壤保护法》（1998）、《欧盟土壤保护战略》（2002）、欧盟《欧洲土壤宪章》修订版（2003）、《英国土壤保护实施规划（2004-2006）》、《欧盟土壤保护修复指导框架》（2006）中，都对土壤功能的类别进行了定义，而且从相关的表述中，可以发现人们对土壤的功能认识的不断深化。如，在《欧盟土壤保护修复指导框架》（2006） 中，碳存储作为土壤功能之一，首次被列入指导框架。

国外的土壤功能分类体系较为全面，并上升到法律的高度；相比而言，国内还没有关注土壤功能分类本身的研究，大多为不同学者根据其研究需要而对土壤功能进行了不同划分。如姜明、崔巍针对湿地土壤，进行的土壤环境功能划分与归纳等。结合国内外研究成果，土壤功能主要有六个方面：①环境交互媒介功能。土壤作为水分、养分和碳循环的组成部分，在水分和养分供给、碳存储方面有重要的作用。此外，土壤可以对重金属的进行缓冲过滤，对有机污染物进行转化分解。②动植物栖息地功能。作为动植物栖息地和基因库，对维持生物多样性、保护稀有动植物有重要意义。③作物生产功能。包括农业、林业生产，粮食作物和经济作物生产。④人居环境功能。作为人类生活和居住的环境，有提供建筑、休闲娱乐场所，维护人类健康发展的功能。⑤自然文化历史档案功能。土壤作为历史档案，有记录自然变化和人文历史的功能。⑥原材料供给功能。具有供给黏土、沙石，进行矿物提取的功能，但此功能不具有可持续性。

根据评价需求的不同，土壤功能还可以逐级细分如表1 所示。在大的分类下面可以将土壤功能进一步细分为二级、三级土壤功能。例如，土壤的环境交互媒介功能，可以细分为五个二级土壤功能，即土壤水分循环功能、养分循环功能、碳存储功能、缓冲过滤功能和分解转化功能；而其中又可以将土壤水分循环功能细化成两个三级土壤功能，即在质量方面的土壤水分循环功能和在数量方面的土壤水分循环功能。具体划分如图1 所示。

3 土壤功能评价指标选取与解译

在进行土壤功能的评价时，按照土壤的不同功能，选取相关的指标，进行分项评价。

选取指标的原则主要考虑以下因素：①相关性与代表性，选取指标与所评价功能密切相关，能够代表或反映所评价功能的主要属性；②灵敏性，能灵敏地指示土壤属性与土壤各功能的变化；③通用性，一方面能适用于不同土壤类型与土地利用类型，另一方面能适用于时间和空间上的变化；④可获取性与经济性：所选定的指标易于获得，测定或分析花费较少，测定过程简便快速。具体选取指标如表2 所示。

3.1 环境交互功能

在土壤的环境交互功能中，可以分成四个方面分别进行评价：水分循环、养分循环、缓冲过滤和分解转化功能。

3.1.1 水分循环功能 将土壤作为对水文循环的组成部分进行评价，可以从水循环的数量和质量两个方面考虑。在土壤水循环功能数量方面的评价中，着重评价土壤对地下水的补给和土壤对雨水、露水的渗透能力，关键是准确界定渗透的能力，并只有导水率（kf）起决定性作用，同时并考虑空气容量（AC），旨在防止水土流失、山体滑坡和洪水。在土壤水循环功能质量方面的评价中，主要考虑导水率（kf） 和有效田间持水量（AFC），以及地下水位，因为只有在土壤有足够的持水保水能力时，才能促进水中溶质渗透，并对污染物进行微生物降解，从而成为良好的缓冲过滤媒介，保护地下水质。如果地下水是饮用水资源或与饮用水接触，则土壤水循环的质量方面就具有特殊的重要性。

3.1.2 养分循环功能 土壤养分循环功能评价是基于土壤的自然肥力，评价土壤的养分循环，因此，评价方法适用于农业和林业用地。能够较好参与营养循环的土壤，是经过滤不易丢失营养物质（如硝酸盐和其他物质）的土壤。此外，在土壤养分循环功能评价中较优的土壤也适用于公园、草地、生态用地。

一般来说，土壤能够在过滤中保留营养物质并把它们转换为可利用的有机质。这说明土壤能够从大气、肥料及邻近土地中吸收营养物质。与此同时，如果植物需要，土壤还可以释放更多的营养物质。在通过施肥等额外增加营养物质后，土壤可以从土壤溶液中吸收阳离子，如钙、镁、钾、钠。土壤保持或者释放营养物质的能力取决于营养物质的供给与需求，可以通过有效阳离子交换量进行评判。土壤母质、质地与结构也可以作为判定影响营养供给能力的考虑因素。

3.1.3 碳存储功能  土壤碳储量占碳库总碳储量的80%以上，是碳汇的主要场所，在全球变暖的大背景下，土壤的碳存储功能显得尤为重要。欧盟也在2006年的《欧盟土壤保护修复指导框架》中，将碳存储加入土壤功能之中。土壤中所存储的碳，分为有机碳和无机碳两部分。其中，土壤有机碳储量的主要来源是凋落物，主要反映在腐殖质或有机质的含量上，受凋落物的数量及其分解的直接影响，土壤有机碳储量变化较大。而土壤无机碳含量主要和成土母质相关，较为稳定，变化较小。

3.1.4 缓冲过滤功能  土壤作为重金属的缓冲区和过滤器，是土壤的一项非常重要的功能。在非农业或林业利用区域，土壤的这个功能尤其重要，因为城市地区的工业及道路交通产生的重金属大量进入土壤。同时，许多敏感生物（如人类和动植物）的健康会因为土壤无法吸附的重金属而受损。此外，当土壤富集大量重金属并超过其所能容纳的极限值时，污染物会下渗，从而影响地下水的质量。

黏土矿物和土壤有机质吸附重金属能力的大小，有赖于pH值的高低。随着pH的减小，粘土矿物吸附重金属的能力会减弱；同时，土壤有机质的溶解量会随着碱性的增强而增加。这种动态的交互作用在进行土壤对重金属的缓冲过滤功能评价时，必须予以考虑。具有大块结构的土壤，质地较粘，容易阻止固体、液体、气体之间的溶解物质交换，以及土壤结构体内部各成分的移动。此外，因人为或者是地质成因引起的大量重金属的集聚会减弱土壤的过滤缓冲能力，因此，在评价中需要考虑土壤的环境容量，即土壤重金属的临界含量与土壤已有重金属含量的差值。所以，土壤缓冲过滤功能的评价是基于粘土和有机质的含量，并根据pH和土壤结构分级，同时考虑土壤的环境容量。

3.1.5 分解转化功能 土壤作为分解转化媒介，对土壤微生物分解及转化有机污染物的能力起着非常重要的作用。在这里，土壤为微生物的所能提供的环境状况非常重要。一旦水、营养物质、温度及其他条件达到最佳，就能够观测到较高的新陈代谢率及物质转化率。因为微生物的活动主要集中在表土层，因此，进行土壤作为转换媒介的评价时，只考虑土壤表层。评价时选择有机质含量、表土层厚度、表土结构、pH值和地下水位等对微生物活动影响较大的因素。由于土壤微生物的复杂多样性，土壤微生物本身不作为具体考虑因素，而土壤分解转化功能评价中主要考虑土壤微生物体的存活潜力，从而得出微生物对有机污染物的分解转化能力。

3.2 动植物栖息地

动植物栖息地功能的主要是以动植物保护为目的，确保土壤能够为植物和动物提供栖息场所。土壤，无论是作为还是可能作为某种特殊或稀有物种的栖息地，都具有很高的保护价值。土壤作为动植物栖息地的功能（或潜在动植物群落发展地）对于保护和提高生物多样性具有重要作用。土壤动植物栖息地功能的评价不仅考虑地表的有机体而且考虑土壤内的生命形式。然而，由于微生物的多样性，统计与评价过程复杂，因而不包括在此评价范围之内。

选择土壤作为某种特殊有机体的栖息地，考虑土壤的自然性、稀有性，将土壤的特殊价值，视为有利于种植物发展的指标。这种方法的指导原则是基于Grotigroft，Hocnrelo 和Mtenltcn 的研究成果。对土壤自然性的判断，主要是看人为改造的力度和类型。水分供给量低但有盈余，被视为好的土壤。同时也要关注不具有此种特性，但能够提供相似重要栖息地潜力的土壤。在选择稀有盐土植物的栖息地时，较高的土壤水分含盐量和pH 值水平，都应加以考虑。这种方法不仅适用于含盐量较高地区，而且适用于受采矿及人类活动影响的地区，以及那些具有支持动植物群落生境发展的地区。与此相反，不考虑重金属富集的土壤及适合特殊有机体生存的土壤，因为对这些受污染区域的保护需要相关专家的指导。土壤pH值不被作为植被耐酸性的指标，很少有植物喜欢酸性、潮湿或营养匮乏的生长环境。

较少受到人类影响的土壤，具有较高的价值。因此，即使某地区产量较低，对某些特殊生物的作用较小，但由于它们很少受到人类活动的影响，也会被认为具有较高的价值。这个判定的目的是保护未受农业活动影响而改变的少数区域。

3.3 作物生产功能

土壤的生产功能在人们的生活中起着非常重要的作用。对土壤生产功能的评价，一般来说是对土壤作为耕地的生产潜能进行的评价，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，因为植物生长所需要的营养全部由根部吸收得来。评价方法中同时涉及土壤结构、有机质含量，结构良好、有机质含量丰富的土壤，贮存的水分多、营养丰富，与腐殖质含量相对较少的土壤相比，更有利于植物生长。另外，土壤中的腐殖质使土壤结构更加稳定，同时可以减少水土流失。pH是限制土壤生物和化学活性的阈值；阳离子交换量体现土壤可以提供阳离子的数量，反映土壤的养分供给能力。此外，土壤中水分和空气的含量也是影响植物生长的一个重要因素。

年平均气温是影响农业生产的一个重要的区域性因素，土壤的生产力受年平均最低气温的限制。评价中还包括了地形因素，因为即使采取措施改善水土流失，坡度过大的土壤也不适宜长期的农业耕种。水分条件也是农业生产的重要因素，包括灌排条件与地下水位，良好的灌排条件与适宜的地下水位，都能够促进农业的生产。

3.4 人居环境功能

健康良好的土壤在提升城市环境质量中发挥着重要的作用，但这一作用往往被忽视。土壤能够增加空气的湿度同时可以明显减少灰尘的数量，包括空气中的微小尘埃。植物可以过滤空气中的尘埃，当尘埃进入土壤，会被分解和矿化。若土壤被封闭，则失去了相应的功能。

土壤作为人类的居住环境，与人类生活息息相关，其污染与否直接关系着人类的健康。在土壤保护中，应十分重视土壤污染的修复，因为污染的土壤对人类健康具有严重的隐患。例如，土壤污染会影响作物质量，食用在污染土壤上所长出的作物，会损害人类的健康。从更广泛的层面上来看，受到污染的土壤，可能会减少某一食物链中所有物种的生命与活力。

对土壤污染程度的判定与国家法规中制定的标准相关。如果不确定土壤是否受到污染，则需要在评价结果里具体说明。如果当前或者将来的土地利用需要进一步了解土壤受损状况，那么需要进行更深入的区域调查。调查中主要考虑那些有污染性的工厂，因为工业产生的污染物可能通过空气或者水的流动，在很大范围内进行传播和释放。车流量较大的公路周边土壤，会因汽车尾气排放的铅等重金属污染，而普通的污染源，像大量的源于人类活动而释放的二氧化氮，并由此带来的氮的排放不被视为污染扩散源。对于土壤功能评价来说，居民住宅开发区或者每天来往车辆小于1000辆的道路，不能当做扩散性污染源。然而，如果这种污染源在离居民点很近的范围内，可被视为点状源污染。通过调查，收集有可能导致土壤污染的厂矿信息，将有污染的厂矿或生产车间在地图中标出，可以判断出是否存在污染源。关于污染物排放的相关生产活动信息，可以从以往及当前的土地利用记录或文献中获取；或通过与当地居民交谈，得到相关信息。

3.5 自然文化历史档案功能

土壤的自然文化历史档案功能评价，是为了对具有特殊历史意义的土壤进行相应保护的问题。如果土壤能够反映出自然历史中地质地貌的变化，早期土壤的形成及其环境条件，或者可以反映早期人类的生产生活，那么这些土壤就具有特殊的保护价值。这些历史信息有利于我们了解过去、理解现在和预测未来。土壤的自然文化历史档案功能，具有高度的变异性，很难建立一个通用的法则，这些土壤特性会因其揭示的环境与背景的不同而产生不同甚至相反的意义。因此，此项功能的评估需要当地资料，土壤学家、地理学家、地质学家、考古学家和历史学家等专家的参与，并且以定性评价为主。

土壤的自然文化历史档案功能的评价，可以从自然历史和文化历史两个方面考虑。在自然历史方面，主要考虑是否有反应古气候古地貌变化的稀有独特土壤，如腐烂的及残留的土壤，具有冰原或其他古气候特征的土壤；具有明显的潜育特征的土壤；泥炭，或起源于稀有物质的土壤；在历史文化方面，主要考虑土壤是否具有人文历史遗迹，如土壤是否含有杰出的代表文化历史的工艺品，是否起源于稀有、受人为影响的底土层（有城市发展的历史遗迹），或是否具有其他被特殊保护的历史价值等。

3.6 原材料供给功能

土壤可以为人们提供生产原材料，粘土含量较高的土壤可以用来烧砖或者制陶，而土壤中的砂石可以用来建筑，因此，在此项功能评价中，主要考虑土壤的土壤质地、矿物学类型及含量。同时，要考虑当地的区位条件和土地利用状况、相关政策法规，判断是否适于开发和利用。

4 讨论

土壤功能评价指标选取是土壤功能评价的基础，为以土地利用规划为导向的土壤评价提供参考基础。在这里需要注意以下问题：

指标的可获取性与易测程度。着重于土壤功能评价指标的简单易测性，并考虑到土壤评价的易操作性，有些复杂指标没有考虑在内。如，在对土壤的分解转化功能中，由于土壤微生物的复杂多样性，没有将其列入，只考虑了土壤微生物可能生存土壤条件的适宜性；此外，由于土壤有机污染物的种类与数量受外界影响较大，测定要求较高，土壤有机污染程度也未考虑在内。

土壤功能的细化与指标取舍问题。根据评价尺度与范围的不同，土壤功能可以进一步细化，如土壤的生产功能，可以细化为针对粮食作物、林木、牧草生长的土壤生产功能，同时选取的相关评价指标也有所不同。例如，氧化还原电位这一指标，主要应用于水稻田的土壤生产功能评价中，而在小麦田的土壤生产功能评价中则无需使用。我国水稻田占耕地比例较小，尤其在北方地区，本文未将氧化还原电位这一指标列入。因此，评价尺度与评价对象不同，选取的评价指标都需要有所取舍。

基础评价指标的多宜性与复杂指标的推导问题。有些基础土壤指标出现频率很高，具有多宜性，在多个土壤功能评价指标中都可以看到，如土壤质地、有机质含量、容重等。而有些复杂指标可以通过基础土壤参数进行推导，如采用土壤转换函数，根据已有经验函数，利用某些基础土壤参数推导出较为复杂的土壤参数，从而简化了评价过程，减少了工作量。但是，推导土壤参数和实测数据存在一定的差距。在以土地利用规划为应用方向的土壤功能评价中，由于区域规划的宏观性，允许一定误差的存在。然而，使用推导指标的合理性需要根据实际情况进行验证。

将土壤功能进行归纳，提供一个具有可操作性的土壤功能评价指标体系，基于此套体系的评价结果，可以为土地合理利用与规划提供基础，并为土壤与土地资源的有效管理及其可持续发展提供参考依据。