土壤不仅是作物的生长介质，还支持着生态系统其他基本功能与服务，例如，固碳、水净化、养分循环、人类健康与环境安全和生物多样性等，对维持地方、区域和全球环境质量起着关键作用，是不可再生资源。早期人们经常使用“土壤肥力”概念来描述土壤对于作物生产的支撑作用。20世纪70年代，“土壤质量”开始在土壤学科相关文献中出现，表明学界对土壤的关注开始从数量层面过渡到质量层面。“土壤健康”是对土壤质量的进一步提升与拓展，是实现农业绿色发展、提升农产品生态质量安全和实现人与自然和谐共生的关键所在^[1-4]。近年来，在定义和量化土壤健康以及土壤健康评价方面的研究呈指数增长，其定义和内涵随着时代发展仍在不断深化，如何保护和恢复土壤健康越来越受到重视，土壤健康已然成为全球土壤学和土壤相关学科的研究热点。“土壤健康”表示土壤是有生命力的、动态的生态系统，具有持续保证所有生命形式健康生长、维持生产力和提升环境质量的能力，强调了土壤自然资源、环境和生态属性与气候变化、动植物和人类健康等方面的重要性^[5-7]。耕地健康是土壤健康的子集，两者之间彼此重叠又各有侧重，耕地健康的核心内容是土壤健康^[8]，保护耕地的实质也是对土壤的保护。健康耕地是指肥力丰富、无污染、结构合理、利用变化小和资源丰富的土壤，表现为耕地生产力和耕地环境健康安全^[9]。但由于自然灾害、工业化与城镇化发展、利用方式不当、制度不健全等问题导致我国耕地健康面临有机质流失、土壤固碳能力下降、生物多样性降低等严峻现状^[10-11]。通过耕地土壤健康评价，为耕地“体检”，明确耕地土壤健康影响因素，摸清健康底数，实现耕地健康和生态安全并重的管理目标，促进农业绿色可持续发展，对筑牢国家耕地数量、质量安全和粮食安全具有重要的战略意义。

从2005年开始，随着国内外对土壤健康和土壤健康评价方面的研究越来越多，许多国家也逐渐开始关注相关法律法规的建设问题^[12]。彼时我国土地评价主要还是依据地力水平进行耕地质量评价，耕地土壤环境安全和污染防治等问题刚刚开始得到关注，耕地退化和受污染的重点地区及占补不平衡的耕地逐步被重视^[13]。之后，国家有关部门相继发布《农用地质量分等规程》^[14]、《耕地质量调查监测与评价办法》^[15]、《全国土壤污染状况调查公报》^[16]和《耕地质量监测技术规程》^[17]等，并更新了土壤环境质量标准。2016年，我国更是将可以表征土壤健康状况的指标纳入《耕地质量等级》^[18]，包括清洁程度和生物多样性指标，并定义了耕地健康的内涵^[19]。2018年，我国成立土壤健康工作组，加强对健康土壤培育及相关行动的关注度^[5]。可见，土壤健康、人类健康等生物大循环的发展过程逐渐得到重视。与此同时，有关土壤健康和土壤健康评价的研究在全国大面积开展。例如，Shan等^[9]、孟庆香等^[20]、赵瑞等^[21]与张馨瑶和张凤^[22]利用不同评价方法与指标体系对不同尺度不用区域的耕地健康进行了评价，进一步丰富了土壤健康评价的内容，同时又说明评价过程中评价方法和指标体系构建的复杂性与多样性。Lu等^[23]、Xue等^[24]与Luo等^[25]进一步研究开发了评价土壤健康的新方法，并在土壤健康评价中应用了新指标，包括微塑料和β-葡萄糖苷酶等，明确了新指标在土壤健康评价中的积极作用。但全国不同地区地球化学背景差异大，导致自然条件区别大、特点鲜明，造成了不同地区作物种类、土壤理化性状、土壤类型和质地以及生产管理等方面的差别也很大^{[11-12, 26-27]}，因此，土壤中许多指标的空间分布在不同区域内存在着巨大差异，难以实现全国统一的管理标准。如何在不同评价尺度、土壤类型和耕作方式等因素的影响下，选择合适的指标并进行土壤健康评价，并获得合理的综合土壤健康指数，这仍然是一个难解的问题。

由此，本文系统总结了国内外关于土壤健康的定义与内涵，重点分析了我国近10年耕地土壤健康评价中评价指标的利用情况，深入探讨了指标关联性和土壤生物指标的重要性，并进一步梳理了耕地土壤健康评价中指标筛选、赋值和评价方法，展望了未来我国基于不同评价尺度和评价对象的耕地土壤健康评价发展趋势，以期为全面认识和合理利用耕地资源，应对自然条件复杂性、高标准农田建设以及基于多源数据的耕地土壤健康评价体系构建提供理论依据和科学支撑。

1 土壤健康的发展历史

“土壤健康”一词最早由美国土壤学家Doran等^[28]界定。随着对土壤健康和土壤健康评价的研究，国内外土壤健康的定义与内涵仍在不断发展和深化(表 1)^{[3, 18, 29-41]}。“土壤健康”现已获得全球认可，它将土壤描述成一个有生命的、动态的生态系统^[42]，表示特定土壤资源中的生物、化学和物理条件，其功能由生产管理和生物多样性调节。有研究者认为，土壤质量不及土壤健康的意义广泛，土壤健康是可持续性的同义词^[34]。迄今为止，在众多研究中，关于土壤健康的定义存在着明显差异，这主要是因为其被审视的角度不同。但可以确定的是，一个被认可和接受的健康土壤概念至少包括以下几个方面：首先，它应该具有良好的物理结构；其次，具备一定程度的生物多样性；然后，还应具备足够的抗蚀性和缓冲能力，以抵御自然灾害和人为活动带来的压力。这些核心要素也构成了一个综合评价体系，用以衡量和改善土壤健康状况。虽然具体指标体系的构建会受地域特征的影响，但这些共性却被所有土壤健康研究者所共同关注。

土壤健康定义与内涵的发展提高了人们对土壤在粮食安全、环境服务能力、绿色农业实现和可持续发展中重要作用的认识。只有对土壤健康进行全面了解，才能以最有效的经济、环境和社会可接受的方式去指导土地利用和土壤管理。现今我国土壤退化问题日益严重，主要包括水土流失、土壤沙化、土壤盐碱化、土壤贫瘠化、土地污染等。耕地土壤退化会导致土壤健康程度下降，对农业可持续发展构成巨大威胁^[43]。在退化耕地土壤治理时，首先要开展耕地土壤健康评价，了解研究区域的耕地健康状况，才能制定合理的治理办法。在耕地土壤健康评价过程中，最重要的是构建评价指标体系和选取评价方法。因此，研究和开发因地制宜的耕地土壤健康评价技术是亟待解决的问题。

2 耕地土壤健康评价指标 2.1 评价指标的选取原则

耕地土壤健康作为一个复杂的功能实体，不能够直接测定^[44]，而是通过选取土壤理化指标、生产管理指标、环境特征指标和生物指标以及其他指标，来构建评价指标体系，对耕地土壤健康状况进行定性或定量的推测。但是，选择一种或几种与土壤相关的指标来描述复杂的土壤系统是不全面的，需要优选并构建评价指标体系，才能够精确反映耕地土壤的复杂性。国内外学者针对评价指标选取原则进行了较为系统的分析(图 1)，包括以下4个原则：①客观科学性。结合研究区实际情况，选取的评价指标要在客观、科学、合理的原则上反映研究区耕地健康现状，各指标之间相对独立又相互关联。②主导代表性。耕地健康取决于影响作物生长的环境因子、农业生产投入和田间管理等生产管理措施。为避免重复，需选择具有代表性的主导因素作为反映耕地功能及其退化威胁影响的评价指标。③可操作获得性。评价指标的选取应简单明确，充分考虑相关指标的易获取性、可利用性，且是可以量化和对比的。④整体敏感性。评价指标应从耕地健康整体角度考虑，所选择的土壤参数必须对耕地健康变化具有敏感性，才能作为耕地健康可持续性发展的有效指标。

2.2 耕地土壤健康评价指标及利用率

耕地健康指标类型、数据资料、涉及学科是多元化的，土壤理化性质、生物特性、地形特征、气候条件、基础设施建设、生产管理等指标是反映耕地资源管护和利用情况以及满足农作物生长适宜程度的常用指标。为明确近些年耕地土壤健康评价研究中评价指标选取和利用情况，本文以Web of Science核心合集中的两个数据库(Science citation index expanded，SCIE；Social sciences citation index，SSCI)和中国知网数据库为数据源，以“土壤健康评价(soil health evaluation)”和“耕地健康评价(cultivated land health evaluation)”为主题词，检索涉及中国区域的文献，时间段设置为2014年8月31日—2024年10月31日，外文文献类型限期刊文章，中文文献包括期刊文章与学位论文。为保证数据的科学性、严谨性，将与“耕地土壤”无关的、重复的、无意义的以及单一的健康风险评价文章和不符合本研究要求的文献剔除后，共获得48篇文献(英文文献11篇)。将相关数据导出至Excel 2019软件，统计耕地土壤健康评价研究中评价指标类型及其使用频率，将评价指标分为物理、化学、生物、生产管理、立地条件(生态环境)、限制项因素和气象指标7大类型，以各个指标在文献中出现次数表示指标利用率。

统计结果显示，48篇文献共涉及179个与耕地土壤(包括蔬菜地、园地和植烟地)健康相关的评价指标，包括物理指标17个，化学指标41个，生物指标20个，生产管理指标55个，立地条件指标17个，限制项指标25个和气象指标4个。利用词云图直观体现所有指标类型及参评度(图 2)，字体大小代表指标利用率高低。径向条形图展示了7类指标中的具体参数及其使用频率(图 3)。其中，土壤pH、有机质、有效磷、速效钾的使用频率高于60%；土壤全氮、容重使用频率处于40%~60%；使用频率20%~40% 的化学指标有土壤碱解氮、全磷、全钾、电导率、有效锌、有效铁，物理指标有表层/耕层土壤质地、团聚体、含水率，生物指标有土壤呼吸、蚯蚓丰度、微生物生物量碳、微生物生物量氮，土壤重金属有镉、铬、汞、砷、铅；其余指标使用频率均小于20%。

从指标分类看，48篇文献中指标体系构建时选取 > 2个化学指标的文献数量约占88%，> 2个物理指标的文献数量约占42%，> 2个限制项指标的文献数量约占40%，> 2个生产管理指标的文献数量约占33%，> 2个生物指标的文献数量仅占27%。可见，耕地土壤健康量化指标更多考虑的是土壤化学和物理指标。虽然一些生物指标、生产管理指标的使用频率越来越高，但总体来说相关研究依然较少，这可能与生物指标和生产管理指标本身获取难、成本高有关。

随着社会的发展，人们对土壤健康和食品安全的需求日益增加，而土壤微生物和农田生产管理与土壤健康和食品安全有着密切关系。因此，完善土壤生物指标和生产管理指标的获取方法，使其达到易获取显得尤为重要。对于生产管理指标，由于管理对象和实现目标的差异，指标内容逐渐多元化，在田块属性、耕作措施、种植结构、农田管理、生产效益等方面均有涉及。因此，对土壤健康有直接影响的生产管理指标的选取、精准获取方法和赋值方法等仍需进一步研究；对土壤生物指标，需进一步聚焦于土壤生物指标的挖掘与利用，明晰不同尺度下土壤生物指标的选取和获取途径。这对我国耕地土壤健康评价指标体系的构建具有重要意义。

2.3 耕地土壤健康评价指标关联性

从指标分类来看，土壤理化、生物和生产管理等指标密切相关。有研究发现，通过深耕、秸秆还田等耕作管理方式可增加土壤黏粒成分，进而提高土壤阳离子交换量(CEC)，能使土壤质地变细和耕层厚度增加，更好地吸附和保持养分，且CEC与pH、有机质均存在显著相关性^[45-46]。覆盖作物可以减少土壤侵蚀，增加土壤通气性和水分渗透性，进一步促进养分迁移和转化，为微生物和土壤动物的发展和活动提供更有利的生存条件^[47]。土壤孔隙度影响土壤水分保持能力，进而影响微生物呼吸和代谢活动，最终对土壤碳循环与稳定，以及反硝化等生态系统过程产生影响^[48]。土壤微生物不但参与土壤养分循环、温室气体排放以及土壤污染物降解^[49]，还通过改变土壤性质或构建矿物结构来改变土壤pH、矿物成分、团聚特征和土壤水文等环境因子^[50]。同时，土壤pH、有机碳影响土壤微生物多样性与生态系统功能，是土壤细菌群落组成和多样性驱动因素之一，但土壤真菌多样性与pH的相关性较弱^[51-52]。此外，不同土地利用方式也会通过改变土壤pH、土壤养分含量、植被类型、土壤类型等，进而影响土壤微生物群落结构^[53-54]。可见，土壤理化、生物和生产管理等指标存在复杂的相关关系，这也表明土壤生物指标是反映土壤健康状况的敏感指标。

根据48篇文献的指标关联性网络分析发现，土壤健康评价指标选取时，除了常规理化指标，土壤生物指标和重金属指标也是指标选取热点(图 4、图 5)。其中，涉及生物指标的文献共36篇，常见的生物指标包括土壤呼吸、蚯蚓丰度、微生物多样性、微生物生物量碳氮磷等，说明土壤生物指标是土壤健康指标评价体系的重要组成部分，对于表征土壤健康状况起着关键作用。涉及土壤重金属的文献共26篇，一方面因为重金属积累会影响土壤养分、结构和功能，导致作物减产和生态失衡；另一方面土壤重金属通过农作物(如水稻、小麦、蔬菜)以及环境暴露等途径，造成人类健康风险^[55-56]。

将48篇文献按照评价尺度和评价对象对指标进行分类分析发现，针对不同评价尺度和对象，在常规指标的基础上增选的指标具有明显差异(图 4)。此处，不同评价对象中的耕地指种植大田作物的地块或县域尺度的耕地，蔬菜地指设施蔬菜种植地，植烟地指种植烟草的耕地，园地指种植柑橘、青梅等果树的园地。从不同评价对象的土壤健康评价指标体系构建来看，共有指标数量明显低于不同尺度健康评价，说明不同评价对象的指标选取工作较为复杂，考虑因素较多，与不同土地利用类型及其耕作制度下土壤理化性质、施肥施药等生产管理措施以及地质背景等有关。对耕地和蔬菜地、园地、植烟地以及茶叶地等非粮化耕地进行土壤健康评价时，需考虑种植作物种类对中微量元素及其他元素的敏感性。例如，油菜是对硼元素比较敏感的作物^[57]，有效硼可以促进油菜的根系生长和抗逆性，对油菜地进行土壤健康评价时会重点考虑土壤有效硼指标；烟叶是忌氯作物，氯含量高低对其品质和产量有重要影响^[58]，因此植烟地的土壤健康评价除选择常规理化指标外，还会选择水溶性氯离子指标。

本文中县域尺度的地理范围是以县为基本单位，而区域尺度是包含多个县级行政区或更大面积的地理范围。对不同尺度(包括地块、县域和区域尺度)耕地土壤健康评价指标分析发现，在选择常规指标的基础上，不同尺度分析增选指标也具有明显的差异(图 5)。地块尺度选取指标更多关注的是具体生产管理措施对土壤健康的影响，如种植面积、产量、灌溉次数、农膜残留等较详细的管理指标。在县域尺度上，更多关注水土流失程度、白色污染、农机化水平、城镇影响程度、道路通达度等定性指标和耕地年理论产量、田块平整度、人均耕地等定量指标。在区域尺度上，个性化指标相对较少，选择土壤清洁度、有效灌溉比例、耕地面积、作物结构等指标较多。因为广域空间数据获取困难^[19]，一定程度上制约了区域尺度的指标选取范围，甚至影响大空间尺度上耕地土壤健康评价研究的发展。本研究同时发现，评价尺度中的县域尺度和评价对象中的耕地，其土壤健康评价指标选取范围均是最宽泛和复杂的。

综上所述，耕地土壤健康评价指标之间存在着复杂的关联性，未来研究需进一步结合先进监测技术和数据分析方法深入探讨指标之间的定性与定量关系，建立更加完善的耕地土壤健康评价模型，为准确评估耕地健康状况和制定合理的耕地管理策略提供科学基础。

2.4 生物指标

土壤生物之间以及与所处生态环境之间，均存在复杂相关关系^[59]。土壤生物在粮食生产、气候调节和病虫害防治等生态系统服务方面发挥着重要作用。并且，土壤有机质、碳储量和土壤养分等都随着土壤微生物群落组成及相关功能的变化而发生相应变化^{[34, 60]}。我国学者段莉丽^[61]认为土壤生物群在维护土壤健康、保障耕地土壤可持续利用和调控生态环境安全等方面发挥着重要作用；在表征土壤健康程度的指标选取中，通过选择特定微生物指标，较早对耕地健康状况进行预测，与大量理化指标相比，更加简便和有效。邢益钊^[62]与李玉娟等^[63]认为蚯蚓、线虫作为土壤健康的优势指示生物，对土壤的理化性质和微生物活性有重要影响。因此，土壤生物多样性对于调节生态系统服务和维持土壤健康具有重要意义^[64]。

国内外相关学者对土壤健康评价中生物指标的筛选展开了积极的研究。最早于20世纪50年代Hofmann^[65]提出用土壤酶活性作为生物指标来衡量土壤生产力。随后，周礼恺等^[66]用聚类分析法论证了用土壤酶活性来总体表征土壤肥力的可行性。赵吉^[67]通过筛选标志土壤生物学质量的土壤微生物生物量碳、基础呼吸量碳、潜在呼吸量碳、可浸提有机碳4个量化指标和基础呼吸商、潜在呼吸商、矿化商、呼吸活化商及腐殖化效率5个商值参数，提出了新的生物学指标体系。Krüger等^[68]构建了土壤呼吸潜力、微生物生物量碳、微生物生物量碳氮比、净氮矿化、细菌代谢潜力、蚯蚓丰度、微生物商和代谢商等组成的生物指标体系。禹朴家等^[69]基于土壤微生物生物量碳含量以及过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶活性变化等生物指标对土壤进行了健康评价。李炎龙等^[70]研究表明，土壤微生物生物量库是体现土壤肥力和质量的重要生物指标。乔宇颖^[71]分析研究区土壤微生物生物量、细菌α多样性、真菌α多样性、细菌群落和真菌群落组成，确定了预测和表征土壤健康的最优微生物评价指标。

综上所述，越来越多以土壤生物为基础来评估土壤健康状况的指标被广泛采用。但在耕地土壤健康评价中，土壤生物指标的选取和赋值还面临以下问题：土壤生物指标与耕地生态系统功能之间的联系不清晰，明确能够决定耕地土壤健康的核心生物成分、功能和过程，才能进一步选择适合的生物指标；在耕地土壤健康评价的生物指标监测过程中，土壤生物指标的阈值不明确，且缺乏评估土壤生物多样性与土壤功能之间关系的方法^[72-74]；而且，土壤健康评价中的土壤微生物指标大多反映的是作物生产，对生态系统服务功能的影响和调控机制还不清晰^[51]；同时，研究人员在不同地区进行评价时会采用不同的生物指标，生物指标选取标准并不统一。加强生物指标研究，合理利用土壤生物资源，实时监测耕地土壤动态变化，改善耕地土壤健康状况，对实现农业绿色可持续发展具有重要意义。

3 土壤健康评价过程和方法

随着国内外对土壤健康评价的研究不断深入，评价对象和尺度等评价目标越来越多，其中不仅土壤健康评价指标体系在不断发生改变，评价过程中的评价方法和框架也在更新和发展。因此，评价时需要综合考虑指标选取、权重确定等评价过程中采用的数学模型和方法^[8]。本文整理了国内外常见指标选取和赋值的方法，并总结了土壤健康评价方法或框架的基本特点(表 2、表 3)，发现国内外对于土壤健康的研究多种多样，但总体来说，土壤健康评价是随着土壤质量评价而不断发展的。目前，我国最常用的土壤健康评价方法是基于多目标协同的土壤健康评价方法，涵盖新指标、新方法和新技术的结合，适用于不同评价尺度和评价对象。

目前，我国开展了大量利用新技术与数学模型等结合的方法综合进行耕地土壤健康评价的研究。例如，陈志凡等^[80]运用熵值理论和模糊物元建模相结合的方法，建立了土壤健康评价模糊物元模型进行土壤健康综合评价。李沅澍等^[81]采用主成分分析法来确定各指标的权重分配，应用SPSS 13.0软件分析并评价了长沙市土地健康状况。杨希越等^[82]在包含质量、产能和环境的耕地健康评估框架的基础上，利用模糊物元法对各层次的各要素进行权衡，实现了对研究区耕地健康的综合评价。单美^[83]分析了中国南方粮食主产区耕地健康影响的构成要素及其相互关系，确定了当前利用水平下耕地健康状况，最终获得最佳耕地土地利用的最大效益。王考等^[84]以内蒙古农牧交错区为研究区域，以遥感与地理信息系统为基础，采用层次分析法(Analytic hierarchy process, AHP)、Logistic回归(又称逻辑回归)等理论与方法，对耕地健康状况及其制约因子进行了研究。孟庆香等^[20]以质量、产能和环境为准则层，构建了耕地土壤健康评价指标体系，运用图层叠加法和层次分析法等，对研究区进行了耕地土壤健康评价。陈文广等^[85]基于耕地系统内部的要素–过程–功能分析和耕地健康评估框架理论，构建了相应的指标体系，运用综合指数法、“1+X”累加模型和最小因子法等测算了研究区耕地健康状况。杨颖等^[86]选取有机质、pH和阳离子交换量等基础项指标，并纳入土壤侵蚀和土壤污染等限制项指标，运用灰色关联度方法，对研究区土壤健康现状进行了评价。张馨瑶等^[22]以洞庭湖区域为研究对象，采用基于熵权法的TOPSIS模型测算分析了耕地健康状况。综上所述，新时期耕地土壤健康评价的研究逐渐变得基于多源数据、多元化、多目标协同和多学科交叉融合，这对我国不同地区耕地健康保护与利用具有重要意义。

4 总结与展望

耕地土壤健康评价系统性强，因评价目的、尺度和评价对象的不同，评价指标和评价方法的选择有很大差别，国内外对土壤健康评价并没有建立统一标准。对于地块尺度的土壤健康评价，在共有指标的基础上，评价体系中逐渐增加了劳动力投入、作物品质与产量、发芽率和商品率以及农膜残留量等详细的生产管理指标，土壤硬度和压实程度、土粒密度以及最大扎根深度等物理指标，根生物量、线虫密度和病原菌指数等生物指标。这说明更多研究开始关注作物生长状况、农产品品质和农田管理措施方面的问题，可根据地块利用和治理目标，构建相应的指标体系。并且在评价指标的获取方面，可通过对土壤和植株进行测试以精准获取和赋值。对于县域及更大尺度的土壤健康评价，评价体系中逐渐增加了化肥农药施用量、灌溉保证率等地块尺度的生产管理指标，以及水环境质量、地形地貌、有效土层厚度等立地条件指标，更注重区域环境变化和土壤健康管理的结合，为区域耕地保护利用宏观决策和治理提供了支撑。而在评价指标获取和赋值方面，以地块尺度的农户调查、历史资料数据获取和多源数据提取为主，在评价指标的精准获取和赋值方法方面仍需做大量的研究和探索，为全面认识和利用耕地资源，应对自然条件的复杂性，以及多源数据、多目标协同、多学科结合的耕地土壤健康评价体系构建提供理论依据。除此之外，大多数土壤健康评价在指标体系构建时考虑了土壤生物指标和土壤重金属指标，说明人们越来越重视土壤生物多样性和土壤重金属污染监测与处理对土壤健康的重要性。这对持续加强健康土壤建设行动的全球联动，以及在可持续发展背景下分享土壤健康提升方案，实现全球“大健康”和“土壤–作物–人类社会”的生态健康大循环奠定了基础。

对于耕地土壤健康评价研究未来还需从以下几方面深入探讨(图 6)：①根据不同尺度和对象，缩小并集中耕地健康指标选择范围，构建不同“地块→县域→区域”生态区的最小耕地健康评价数据集，为评价多元化对象提供数据支撑；②明确生产管理指标、土壤生物指标对土壤健康的响应机制以及与其他指标的相互关系，为评价指标精确快速获取、指标分级赋值提供理论支撑；③结合区域特点，构建评价指标体系，因地制宜开展耕地土壤健康评价，制定不同生态区指标阈值和耕地健康红线，为实现区域土壤监测和预警提供参考；④通过定位监测，开展针对不同评价尺度和对象的多目标协同耕地健康评价研究，采用多样化和智能化的技术手段，制定一体化的监测和预警体系，为农业绿色和高质量发展的相关政策制定提供依据。