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來(lái)源：泰然健康網(wǎng) 時(shí)間：2024年11月28日 00:43

?土壤與生態(tài)系統(tǒng)健康：從性質(zhì)研究到分區(qū)管理

楊順華楊飛

（中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所）

（原發(fā)于高端科普雜志《科學(xué)》2019年第11期）

摘要：萬(wàn)物土中生，土壤是人類(lèi)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，土壤生態(tài)系統(tǒng)的健康關(guān)乎人類(lèi)福祉。本文從我國(guó)土壤資源的空間格局出發(fā)，分析土壤性質(zhì)與污染物活性之間的關(guān)系，探討土壤污染區(qū)域差異的原因，最后指出因地制宜、分區(qū)管理是實(shí)現(xiàn)土壤生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展的必由之路。

關(guān)鍵詞：土壤生態(tài)系統(tǒng)健康土壤污染土壤性質(zhì) 空間格局分區(qū)管理

2019年9月23日，聯(lián)合國(guó)氣候變化峰會(huì)在紐約聯(lián)合國(guó)總部舉行。一個(gè)來(lái)自瑞典的16歲女孩通貝里（G.Thunberg）因一場(chǎng)近乎控訴的“你們?cè)趺锤疫@樣！（How Dare You!）”的演講成為整個(gè)會(huì)場(chǎng)最耀眼的明星，氣候變化也再次成為全球矚目的焦點(diǎn)話(huà)題。其實(shí)，對(duì)于這場(chǎng)關(guān)乎人類(lèi)命運(yùn)的世紀(jì)之戰(zhàn)，土壤學(xué)家早就給出了自己的解決方案——讓土壤來(lái)固定大氣中更多的二氧化碳[1]。事實(shí)上，土壤作為陳鋪在地球表面的一層薄薄皮膚，是連接大氣圈、水圈、巖石圈和生物圈的紐帶，處于地球關(guān)鍵帶的核心位置，有著除固碳和生產(chǎn)糧食之外的更多功能，在陸地生態(tài)系統(tǒng)中有著舉足輕重的作用。聯(lián)合國(guó)于2015年發(fā)布《變革我們的世界——2030年可持續(xù)發(fā)展議程》，在其提出的17項(xiàng)全球可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)中，有13項(xiàng)直接或間接與土壤有關(guān)，充分表明土壤及其功能與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)對(duì)人類(lèi)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。

土壤生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指土壤生態(tài)系統(tǒng)提供給人類(lèi)社會(huì)的惠益，包括供給服務(wù)（食物、淡水、木材、纖維和燃料等）、調(diào)節(jié)服務(wù)（氣候、洪水、侵蝕和生物過(guò)程等）、文化服務(wù)（休閑、娛樂(lè)和教育等）和支持服務(wù)（養(yǎng)分循環(huán)、棲息地和生物多樣性等）。實(shí)現(xiàn)土壤生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的穩(wěn)定、持續(xù)輸出，關(guān)鍵在于對(duì)土壤性質(zhì)的有效管理與利用[2]。例如，我國(guó)南方地區(qū)紅壤廣布，是重要的糧食和經(jīng)濟(jì)林木、果樹(shù)生產(chǎn)基地。然而，由于長(zhǎng)期不合理利用，土壤存在著侵蝕、肥力減退和酸化等問(wèn)題。因而，如何改良土壤酸度、增加土壤有機(jī)質(zhì)就成了科研人員的首要任務(wù)。又比如，華北平原歷史上一直是農(nóng)耕發(fā)達(dá)的地區(qū)，然而隨著時(shí)間的推移，這片土地慢慢地變成了鹽堿地，威脅作物生產(chǎn)。以中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所熊毅、席承藩先生為首的團(tuán)隊(duì)用井灌井排的洗鹽技術(shù)，成功地解決了鹽堿地生產(chǎn)力低下的問(wèn)題。

目前，土壤生態(tài)系統(tǒng)的整體健康狀況不容樂(lè)觀。根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織于2015年發(fā)布的《世界土壤資源狀況報(bào)告》，全球范圍內(nèi)，土壤仍然面臨著侵蝕、有機(jī)質(zhì)喪失、養(yǎng)分不平衡、酸化、污染、水澇、板結(jié)、地表硬化、鹽漬化和生物多樣性喪失等多項(xiàng)威脅[3]。例如，僅土壤侵蝕每年就會(huì)造成250億~400億噸的表土流失。2019年世界土壤日的主題就被定為“防止土壤侵蝕，拯救人類(lèi)未來(lái)（Stopsoil erosion, save our future）”，意在呼吁更多的人關(guān)注土壤侵蝕帶來(lái)的生態(tài)系統(tǒng)健康問(wèn)題。近年來(lái)呈爆發(fā)式增長(zhǎng)的土壤污染事件，也頻頻牽動(dòng)著公眾的神經(jīng)。這些土壤問(wèn)題給生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況蒙上了一層陰影，制約著全球可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。維持土壤生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的可持續(xù)供給，離不開(kāi)對(duì)土壤形成過(guò)程及其性質(zhì)的理解，并據(jù)此制定因地制宜的管理措施。

關(guān)鍵土壤性質(zhì)、土壤功能和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及人類(lèi)福祉的關(guān)系[2]

空間格局：

過(guò)程的反映、健康的地圖

俄羅斯是世界上國(guó)土面積最大的國(guó)家，具有180萬(wàn)平方千米的肥沃黑鈣土。然而，19世紀(jì)中葉，這個(gè)國(guó)家卻屢遭干旱侵襲，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)歉收、民不聊生，像極了一個(gè)守著金山銀山卻天天餓肚子的人。在這樣的背景下，來(lái)自圣彼得堡大學(xué)的地質(zhì)學(xué)博士研究生多庫(kù)恰耶夫（V. V.Dokuchaev），開(kāi)始了一系列廣泛而詳實(shí)的土壤調(diào)查，并據(jù)此完成了自己的博士論文《俄羅斯黑鈣土》。這篇論文深刻揭示了土壤不僅僅是巖石風(fēng)化的產(chǎn)物，而是在氣候、生物、母質(zhì)、地形和年齡（時(shí)間）這五大要素共同作用下形成的歷史自然體[4]，并首次將土壤定義為“在水、空氣和活的或死的各種有機(jī)體共同作用下改變了的巖石表層或亞表層”。這一論斷揭示了土壤學(xué)這門(mén)學(xué)科的化學(xué)和地質(zhì)學(xué)屬性，為人們重新認(rèn)識(shí)土壤形成和發(fā)育過(guò)程奠定了基礎(chǔ)，也為合理利用和科學(xué)管理土壤資源提供了一個(gè)全新的視角。

我國(guó)是世界上土壤資源最為豐富的國(guó)家。北京中山公園社稷壇中的五色土壇展示了我國(guó)土壤資源的基本面貌：東方青土、西方白土、南方紅土、北方黑土和中部黃土。藏在這些顏色背后的，是不同地域土壤形成的獨(dú)特生境。例如，南方氣候高溫多雨，雨水的沖刷導(dǎo)致土壤中易溶于水的物質(zhì)大量流失，從而使得難溶于水的氧化鐵主導(dǎo)了土壤的顏色，形成了南方常見(jiàn)的紅壤。世界上幅員較大的國(guó)家包括俄羅斯、加拿大、中國(guó)和美國(guó)等，但論土壤資源類(lèi)型，我國(guó)復(fù)雜的地形、氣候條件以及歷史悠久的人為耕種歷史決定了我國(guó)的土壤資源數(shù)量無(wú)可匹敵。根據(jù)中國(guó)土壤系統(tǒng)分類(lèi)，我國(guó)土壤包含14個(gè)土綱，39個(gè)亞綱，138個(gè)土類(lèi)，588個(gè)亞類(lèi)，土系數(shù)量保守估計(jì)不少于20 000個(gè)，充分說(shuō)明了土壤資源類(lèi)型之豐富和變異程度之大，也說(shuō)明土壤形成過(guò)程和空間布局的多樣性和復(fù)雜性。

土壤性質(zhì)既是土壤過(guò)程的產(chǎn)物，又是土壤功能的基礎(chǔ)，具有明顯的空間格局。以土壤pH為例，我國(guó)土壤pH的基本格局是“南酸北堿”。從氣候上來(lái)講，南方高溫多雨，豐富的降水帶走了大量的土壤鹽基離子，為了維持土壤中主要陰陽(yáng)離子的平衡，大量的氫離子被釋放到土壤中以占據(jù)土壤陽(yáng)離子留下的位置，導(dǎo)致土壤呈現(xiàn)酸性反應(yīng)。與此相反，干旱少雨的北方地區(qū)則能夠維持相對(duì)較高的土壤pH。此外，酸雨、施肥等也在土壤pH空間格局的形成中扮演了重要角色。酸雨是酸性沉積物的總稱(chēng)，包括酸性的雨、霧、雪、霜等形式的降水和氣態(tài)的酸性污染物。由于酸雨對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的危害極大，從20世紀(jì)五六十年代開(kāi)始，就被當(dāng)作一個(gè)重要的世界環(huán)境問(wèn)題來(lái)考慮，其中的一個(gè)后果就是土壤酸化。酸雨帶來(lái)的氫離子進(jìn)入土壤，將吸附在土壤膠體表面的一些植物生長(zhǎng)必需的陽(yáng)離子如鈣離子替換，導(dǎo)致養(yǎng)分隨雨水從土體中流失，威脅植物的正常生長(zhǎng)。施肥也加速了土壤的酸化過(guò)程。氮是作物生長(zhǎng)必需的元素，而作物一般只能利用土壤中以硝酸根（NO3－）和銨根（NH4＋）形態(tài)存在的氮。在氧化環(huán)境下，NH4+極易在土壤微生物的參與下，發(fā)生硝化反應(yīng)轉(zhuǎn)化成NO3－，產(chǎn)生氫離子。如果施肥量大，硝化反應(yīng)產(chǎn)生的氫離子將加速土壤的酸化。據(jù)報(bào)道，由于高強(qiáng)度的農(nóng)業(yè)利用，中國(guó)主要產(chǎn)糧區(qū)的土壤pH在1980年到2000年之間下降了0.5個(gè)單位[5]。

北京中山公園社稷壇中的“五色土”示意圖

掌握土壤性質(zhì)的空間格局對(duì)于了解土壤資源稟賦和指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。但由于目的不同，人們對(duì)土壤性質(zhì)的信息需求也有所不同。例如，農(nóng)民主要關(guān)心與作物收成直接相關(guān)的土壤肥力狀況，而國(guó)家為保證糧食安全，需全面掌握我國(guó)土壤資源的稟賦。要掌握這些信息，傳統(tǒng)的方法主要依賴(lài)于農(nóng)民的經(jīng)驗(yàn)或者基于土壤點(diǎn)位的采樣與分析技術(shù)。但利用這些方法獲取的土壤性質(zhì)信息不僅存在很高的不確定性，還容易因施肥的盲目性而造成肥料的浪費(fèi)和環(huán)境污染，而且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，難以獲取空間連續(xù)的土壤信息。為摸清我國(guó)土壤資源的“家底”，基于正在進(jìn)行的中國(guó)土系調(diào)查數(shù)據(jù)，土壤學(xué)家利用最新的數(shù)字土壤制圖技術(shù)，按照全球土壤圖網(wǎng)絡(luò)（Globalsoilmap.net）的國(guó)際制圖標(biāo)準(zhǔn)，制作了一系列中國(guó)土壤屬性圖。其中，表層土壤pH圖很好地展示了我國(guó)土壤“南酸北堿”的基本格局。土壤有機(jī)質(zhì)也是一個(gè)重要的土壤屬性，包括植物、動(dòng)物及微生物的遺體、排泄物、分泌物及其不同分解階段的產(chǎn)物，它既是土壤肥力的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是全球碳循環(huán)和氣候變化研究的核心內(nèi)容。土壤有機(jī)質(zhì)的空間分布同時(shí)受氣候、母質(zhì)、生物、地形和時(shí)間的影響，因此呈現(xiàn)較強(qiáng)的空間異質(zhì)性。我國(guó)土壤有機(jī)質(zhì)的空間分布具有明顯的地帶性分布規(guī)律：東部地區(qū)，由東北向西南逐步遞減，至長(zhǎng)江流域以南又有所回升；由東向西的方向上，由于水分的減少，土壤有機(jī)質(zhì)含量逐步下降。這些土壤性質(zhì)就像醫(yī)生診斷病人需要用到的一項(xiàng)項(xiàng)生理指標(biāo)，指導(dǎo)著人們對(duì)土壤健康狀況的判斷，而土壤性質(zhì)的空間格局，則是土壤健康狀況的指標(biāo)地圖，很好地反映了不同地域土壤的基本特征。

土壤污染：

威脅土壤生態(tài)系統(tǒng)健康的定時(shí)炸彈

近年來(lái)，頻發(fā)的食品安全問(wèn)題使土壤污染成為社會(huì)熱點(diǎn)。一般來(lái)講，土壤污染是指人為有意或無(wú)意地將對(duì)人類(lèi)本身和其他生命體有害的物質(zhì)施加到土壤中，使其某種成分的含量明顯高于原有含量、并引起現(xiàn)存或潛在的土壤環(huán)境質(zhì)量惡化的現(xiàn)象[6]。除此之外，在一些特殊的地區(qū)，一些土壤元素在自然狀況下具有很高的背景值，外界環(huán)境的變化，如洪水泛濫引起的物質(zhì)遷移，也會(huì)引起土壤污染事件。土壤污染的類(lèi)型一般可以分為：①有機(jī)物污染，多由農(nóng)藥、多環(huán)芳烴和多氯聯(lián)苯等有機(jī)物引起；②無(wú)機(jī)污染物，如金屬采礦活動(dòng)引入大量重金屬元素；③生物污染，如某些能夠危害植物生長(zhǎng)甚至人體健康的土壤病菌；④放射性物質(zhì)污染，一般指進(jìn)入土壤中的各種放射性核素，如核彈爆炸帶來(lái)的粉塵。土壤污染物通過(guò)食物鏈傳遞進(jìn)入人體，嚴(yán)重威脅著人體健康。1942年，美國(guó)胡克化學(xué)公司購(gòu)買(mǎi)了已經(jīng)干涸的拉夫運(yùn)河（LoveCanal），用于處理工業(yè)廢棄物，十余年間，共計(jì)兩萬(wàn)余噸有毒廢棄物被埋入地下。1953年，紐約市政府以極其低廉的價(jià)格從胡克化學(xué)公司手中購(gòu)得這塊土地，并將其開(kāi)發(fā)成了一塊住宅小區(qū)。諷刺的是，這塊土地并沒(méi)有像它的名字Love（愛(ài)）那樣向人們展現(xiàn)愛(ài)意，而是給居民們帶來(lái)了無(wú)盡的噩夢(mèng)。1977年開(kāi)始，小區(qū)居民不斷罹患各種怪病，包括嬰兒畸形、兒童夭折、孕婦流產(chǎn)和各種癌癥。原來(lái)，那些被埋入地下的有毒物質(zhì)并沒(méi)有隨著小區(qū)的建成而消失，而是悄悄地潛伏了下來(lái)，等待一個(gè)爆發(fā)的時(shí)機(jī)。事情被揭露后，引起了巨大的社會(huì)反響，成了著名的拉夫運(yùn)河污染事件。拉夫運(yùn)河污染事件直接推動(dòng)了美國(guó)土壤污染立法的進(jìn)步，也強(qiáng)化了國(guó)際社會(huì)防治土壤污染的意識(shí)。事實(shí)證明，當(dāng)土壤污染超出了土壤的承受極限，其引發(fā)的后果將是讓人難以承受的。

近年來(lái)，我國(guó)的土壤污染事件也頻頻見(jiàn)諸報(bào)端。2015年，江蘇常州外國(guó)語(yǔ)學(xué)校的土壤和地下水污染事件讓人記憶猶新。這些問(wèn)題之所以在近年內(nèi)凸顯，一方面可能與人們對(duì)環(huán)保的愈加重視和新媒體時(shí)代更有效的傳播手段有關(guān)，另一方面在某些地區(qū)這些問(wèn)題的嚴(yán)重性確實(shí)也在進(jìn)一步加劇。土壤污染的防治因而也成了繼大氣污染和水污染防治之后的又一個(gè)環(huán)保戰(zhàn)場(chǎng)。2018年12月5日，聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織將世界土壤日的主題定為“土壤污染的解決方案（Be thesolution to soil pollution）”，呼吁各國(guó)人民共同保護(hù)土壤這一近乎不可再生的資源，為當(dāng)前面臨的土壤污染問(wèn)題建言獻(xiàn)策。在我國(guó)，2016年5月28日，國(guó)務(wù)院印發(fā)《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（俗稱(chēng)“土十條”），標(biāo)志著對(duì)我國(guó)存在的土壤環(huán)境質(zhì)量“九龍治水”、責(zé)任不明確的問(wèn)題正式宣戰(zhàn)。2018年6月22日，生態(tài)環(huán)境部和國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局聯(lián)合發(fā)布《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》和《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》，進(jìn)一步體現(xiàn)了國(guó)家保護(hù)土壤環(huán)境質(zhì)量、管控土壤污染風(fēng)險(xiǎn)的決心。

工廠(chǎng)附近被污染的土壤，右圖菜葉上沾滿(mǎn)降塵[4]。(黃標(biāo) 攝)

土壤污染固然與環(huán)境中污染物的累積有關(guān)，但其有害性一般很難用全量來(lái)評(píng)估，因?yàn)槠渖镉行裕鼙恢参镏苯游绽玫牟糠郑┡c土壤性質(zhì)本身有著莫大的聯(lián)系。例如，鎘一般在土壤呈酸性的條件下表現(xiàn)出更高的生物活性從而更容易被植物吸收。由于土壤具有吸附、分散和降解環(huán)境污染物的能力，一般來(lái)講，化學(xué)物質(zhì)在土壤中的累積與儲(chǔ)存，在一定時(shí)間內(nèi)并不表現(xiàn)出其危害性，但當(dāng)儲(chǔ)量超過(guò)土壤的承受極限（負(fù)載容量）或者當(dāng)氣候、土地利用方式或者環(huán)境發(fā)生較大變化時(shí)，污染物的活性就會(huì)被激發(fā)，產(chǎn)生危害性，這一現(xiàn)象被相關(guān)學(xué)者形象地稱(chēng)作“化學(xué)定時(shí)炸彈”。例如，在中、東歐部分國(guó)家，上百年的工業(yè)化進(jìn)程導(dǎo)致森林土壤pH下降明顯，在土壤的酸緩沖能力達(dá)到極限之后，土壤中的鋁大量活化而被植物吸收，在1980年代導(dǎo)致了大片林木的死亡。在我國(guó)廣大的南方紅壤地區(qū)，土壤本身pH呈酸性，再加上工業(yè)活動(dòng)、酸雨和施肥的影響，土壤酸化問(wèn)題也十分突出，這就為“化學(xué)定時(shí)炸彈”的爆發(fā)積聚了很強(qiáng)的“勢(shì)能”。龔子同等 [7]研究認(rèn)為，“化學(xué)定時(shí)炸彈”的內(nèi)在觸爆因素包括土壤有機(jī)質(zhì)、土壤質(zhì)地、土壤陽(yáng)離子交換量、pH、土壤氧化還原電位和水鹽運(yùn)動(dòng)等。為了防止“化學(xué)定時(shí)炸彈”的爆發(fā)，一方面需要切斷污染源，必要時(shí)可以從調(diào)控土壤性質(zhì)著手，切斷炸彈的“引信”。曾凡榮等[8]定量研究了幾種重金屬有效性與土壤屬性的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)土壤有效鉻的含量與pH呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，而與土壤有機(jī)質(zhì)含量表現(xiàn)為正相關(guān)關(guān)系。土壤性質(zhì)與土壤污染之間的這些關(guān)系，深刻地左右了土壤污染物活性的區(qū)域差異。

當(dāng)前，土壤污染已經(jīng)成為土壤生態(tài)系統(tǒng)健康的一個(gè)重大威脅?？刂仆寥牢廴驹垂倘皇且粋€(gè)釜底抽薪的辦法，但由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，我們暫時(shí)無(wú)法完全擺脫對(duì)資源的消耗，也就無(wú)法從根源上斬?cái)辔廴镜膩?lái)源。由于土壤性質(zhì)的區(qū)域差異帶來(lái)的土壤“體質(zhì)”差異，土壤對(duì)污染物的“抵抗力”也具有明顯的差異。例如，南方土壤pH多呈酸性，更加有利于鎘的活化，增大了植物吸收鎘的風(fēng)險(xiǎn)。因此，根據(jù)土壤性質(zhì)的差異來(lái)制定適合于當(dāng)?shù)氐耐寥牢廴局卫矸桨?，可能是土壤環(huán)境治理的一條必由之路。

因地制宜：

土壤生態(tài)系統(tǒng)健康管理的藥方

根據(jù)國(guó)家環(huán)境保護(hù)部與國(guó)土資源部2014年聯(lián)合發(fā)布的《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》，全國(guó)土壤環(huán)境狀況總體不容樂(lè)觀，總體超標(biāo)率16.1%，中度和重度污染點(diǎn)位比例分別為1.5%和1.1%，鎘、汞、砷和鉛四種無(wú)機(jī)污染物含量分布呈現(xiàn)從西北到東南、從東北到西南方向升高的區(qū)域化態(tài)勢(shì)，其中鎘污染主要集中在遼東半島、東北和長(zhǎng)江以南的華南地區(qū)等地 [9]。由于受江、湖流域沿岸的采礦、冶煉和污水灌溉等活動(dòng)的影響，土壤污染的流域性特征也十分明顯。例如，湖南湘、資、沅、澧四水流域土壤重金屬超標(biāo)現(xiàn)象十分嚴(yán)重且重金屬元素種類(lèi)繁多。另外，由于土壤性質(zhì)對(duì)成土母質(zhì)具有繼承性，西南地區(qū)一些含重金屬元素較高的巖石在風(fēng)化成土過(guò)程中，大量重金屬被釋放到土壤中，也容易造成土壤重金屬含量的嚴(yán)重超標(biāo)。土壤機(jī)械組成也是影響土壤污染物遷移的重要屬性。這些自然現(xiàn)象如與人為作用疊加，往往會(huì)造成更為嚴(yán)重的土壤污染事件。

土壤污染區(qū)域性空間格局產(chǎn)生的原因主要集中在自然因素、人為因素和管理因素三個(gè)方面[10]。自然原因主要包括地球化學(xué)元素的高背景值、自然災(zāi)害和地質(zhì)外營(yíng)力導(dǎo)致的物質(zhì)重新分配等。根據(jù)我國(guó)地球化學(xué)類(lèi)型的組合和分布特點(diǎn)，可從西北至東南將我國(guó)土壤劃分為鹽漬土區(qū)、碳酸鹽土區(qū)、硅鋁土區(qū)和鐵鋁土區(qū)四個(gè)大區(qū)[11]。鹽漬土區(qū)分布廣泛，約占全國(guó)土地面積的29%，包括我國(guó)西部?jī)?nèi)陸的干旱區(qū)，該區(qū)土壤質(zhì)地較粗，呈堿性至強(qiáng)堿性反應(yīng)，土壤中普遍帶有鹽分。碳酸鹽土區(qū)中的易溶性鹽類(lèi)已經(jīng)淋失掉，富集了大量的鈣、鎂和碳酸鹽，土壤呈堿性反應(yīng)。硅鋁土區(qū)中土壤鹽分則已經(jīng)完全淋失，碳酸鹽也基本淋失，土壤呈酸性反應(yīng)。鐵鋁土區(qū)分布于熱帶、亞熱帶地區(qū)，易溶鹽、碳酸鹽和大部分鹽基已淋失，留下了大量相對(duì)聚集的鐵、鋁（水）氧化物。這些內(nèi)源性因素奠定了土壤元素空間分布的基本格局。而人為因素則可能對(duì)土壤污染區(qū)域性的自然格局進(jìn)一步重塑。一方面，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有資源消耗高、污染排放大等特點(diǎn)的區(qū)域，在發(fā)展過(guò)程中會(huì)不可避免地產(chǎn)生污染物。這些人為產(chǎn)生的物質(zhì)或直接進(jìn)入水體和土壤，或通過(guò)地表徑流和大氣沉降等方式造成二次污染，改變了土壤污染的空間格局。另一方面，農(nóng)藥、化肥和污水灌溉可能進(jìn)一步加劇耕地土壤的區(qū)域性差異。為了追求農(nóng)作物高產(chǎn)，大量農(nóng)藥和化肥被施入土壤，而某些肥料中常常含有一定量的重金屬元素，如常用的磷肥中含有一定量的重金屬鎘，長(zhǎng)期施用這些肥料會(huì)導(dǎo)致土壤重金屬含量的升高。使用未經(jīng)無(wú)害化處理的污水灌溉則是耕地土壤區(qū)域化差異的另一個(gè)重要因素。管理因素主要體現(xiàn)在土壤污染無(wú)法可依和現(xiàn)行土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的不完善上。2018年頒布的《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》和《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》僅僅給出了農(nóng)用地和建設(shè)用地土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的全國(guó)統(tǒng)一值，并沒(méi)有綜合考慮我國(guó)土壤類(lèi)型及其背景值的區(qū)域差異。此外，確定風(fēng)險(xiǎn)篩選值和管制值只按照pH進(jìn)行了區(qū)間劃分，實(shí)際上土壤的環(huán)境容量還跟其他土壤性質(zhì)有關(guān)[12]。例如，有機(jī)質(zhì)可以緩沖污染物、土壤母質(zhì)風(fēng)化程度的差異可以影響元素的釋放與遷移。2019年1月1日，《中華人民共和國(guó)土壤污染防治法》正式施行，標(biāo)志著無(wú)法可依的局面得到了改善。

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我國(guó)人口眾多、資源制約明顯，如何實(shí)現(xiàn)土壤資源的可持續(xù)利用仍然是亟待解決的問(wèn)題。首先，高山與干旱區(qū)面積占全國(guó)土地面積的40%以上，極大地限制了我國(guó)土壤資源的糧食生產(chǎn)能力。其次，工業(yè)化和城市化建設(shè)，又給土壤帶來(lái)了耕地占用、土壤退化嚴(yán)重、土壤污染加劇等嚴(yán)重影響土壤生態(tài)系統(tǒng)健康的新問(wèn)題。當(dāng)前，我國(guó)土壤質(zhì)量和功能研究仍處于分類(lèi)、分級(jí)區(qū)劃的探索階段[13]，尚未真正實(shí)行分區(qū)管理和分區(qū)治理的政策，這既不符合土壤質(zhì)量區(qū)域差異的客觀性，也不利于區(qū)域土壤資源的可持續(xù)利用。土壤生態(tài)系統(tǒng)健康亟須貫徹分區(qū)管理的思想。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，以診斷層和診斷特性為基礎(chǔ)的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)以其定量化和標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)逐漸被世界各國(guó)接受。我國(guó)土壤系統(tǒng)分類(lèi)工作也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，在已經(jīng)完成高級(jí)分類(lèi)單元的基礎(chǔ)上，正在進(jìn)行的基層分類(lèi)單元也更強(qiáng)調(diào)與生產(chǎn)應(yīng)用和環(huán)境保護(hù)的結(jié)合。數(shù)字土壤制圖技術(shù)也正在實(shí)現(xiàn)從土壤類(lèi)型和土壤屬性制圖向土壤功能、土壤生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)制圖的跨越。在此基礎(chǔ)上，考慮我國(guó)土壤類(lèi)型及其土壤元素背景值的區(qū)域差異，建立因地制宜的土壤管理措施對(duì)于土壤生態(tài)系統(tǒng)健康的管理具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

1. Rumpel C, Amiraslani F, Koutika L, et al. Put more carbon in soils to meet Paris climate pledges. Nature, 2018, 564(7734): 32-34.

2. Adhikari K, Hartemink A E. Linking soils to ecosystem services—A global review. Geoderma, 2016, 262: 101-111.

3. Food and Agriculture Organization of the UnitedNations. Status of the World’s Soil Resources. [2016-01-28].http://www.fao.org/3/a-i5199e.pdf.

4. 龔子同, 陳鴻昭, 張甘霖. 寂靜的土壤. 北京：科學(xué)出版社, 2015.

5. Guo J, Liu X, Zhang Y, et al. Significant acidification in major Chinese croplands. Science, 2010, 327(5968): 1008-1010.

6. 陳懷滿(mǎn). 環(huán)境土壤學(xué)（第二版）. 北京：科學(xué)出版社, 2010.

7. 龔子同,黃標(biāo). 關(guān)于土壤中“化學(xué)定時(shí)炸彈”及其觸爆因素的探討. 地球科學(xué)進(jìn)展, 1998,13(02): 73-80.

8. Zeng F, Ali S, Zhang H, et al. The influence of pHand organic matter content in paddy soil on heavy metal availability and their uptake by rice plants. Environmental Pollution, 2011, 159(1): 84-91.

9. Duan Q, Lee J, Liu Y, et al. Distribution of heavy metal pollution in surface soil samples in China: A graphical review. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 2016, 97(3): 303-309.

10. 駱永明, 滕應(yīng). 我國(guó)土壤污染的區(qū)域差異與分區(qū)治理修復(fù)策略.中國(guó)科學(xué)院院刊, 2018,33(2): 145-152.

11. 龔子同, 黃賢金, 張甘霖. 中國(guó)土壤地理. 北京：科學(xué)出版社, 2014.

12. 周東美, 王玉軍, 陳懷滿(mǎn). 論土壤環(huán)境質(zhì)量重金屬標(biāo)準(zhǔn)的獨(dú)立性與依存性. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2014,33(2): 205-216.

13. 郭書(shū)海, 吳波, 李寶林, 等. 中國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量區(qū)劃方案. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2017,37(8): 3127-3138.

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