導讀：對于我國這樣一個人口眾多、土壤資源緊缺的國家而言，健康的土壤則顯得尤為重要。
2013年12月，第68屆聯合國大會正式宣布，將2015年定為“國際土壤年”，其口號為“健康土壤帶來健康生活”。國際土壤科學聯合會還確定每年12月5日為世界土壤日。今年的土壤日到來之際，對“健康土壤”的熱議，再次成為公眾關注的焦點。
土壤是一個非常美妙的自然體。她是維持人類生活的主要支撐系統，為作物根系提供固定場所，容納植物生長所需的水分，提供維系生命的營養物質。同時，土壤是大量微生物的家園，微生物通過自身代謝，完成土壤中一系列生物化學轉化過程；土壤也是蚯蚓、螞蟻和白蟻等動物的聚集場所。
地球表面物種的多樣性以及人類居住的各種生存環境表明，土壤這層地球表面的皮膚的確豐富多彩，她不但為植物與動物提供良好的生態環境，也為人類提供良好的生活環境，而這層皮膚的健康決定著人類的生存和健康狀態。
可以說，沒有健康的土壤，地球上的生命則不可持續。“民以食為天”，“土壤是萬物之本、生命之源”。土壤是人類賴以生存、興國安邦、生態文明建設的基礎資源，是保障國家糧食安全與生態環境安全的重要物質基礎。人類消耗的80％的熱量、75%以上的蛋白質及大部分的纖維，都是直接來源于土壤。對于我國這樣一個人口眾多、土壤資源緊缺的國家而言，健康的土壤則顯得尤為重要。
豐富多彩的土壤與人類健康的關系
土壤學家在130多年前就確認，土壤是母質、氣候、地形和生物等自然因素隨著時間推移共同作用的產物。受這些因素共同影響，各種類型的土壤有規律地分布在地球表面。如受氣候和生物因素的影響，我國南方分布著大片酸性紅壤，西北地區分布著連綿的堿性干旱土，東北地區分布著廣袤的黑土。而受母質影響，在我國西南地區分布著紫紅色砂頁巖上發育的大量紫色土，在東部沿海的黃河、長江三角洲地區分布著河流沖積物上發育的潮土等。這些均顯示了我國豐富多彩的土壤。
土壤中含有作物和人類必需的各種營養元素。同樣地，受成土因素及元素活動性差異的影響，土壤元素含量及其有效性，也具有空間變異規律。如土壤磷素和鉀素及其有效性，從我國西北干旱區到東南濕潤區逐漸降低，中微量元素中，鈣、鎂、硼、氟也有類似的分布規律。然而，鋅、銅、鐵、錳、碘等元素則相反，西北和北方的干旱地區土壤中這些元素較為缺乏，而東南濕潤地區較為豐富。
土壤中的硒元素在西北干旱地區和東南濕潤區有效性較高，而自東北的黑土區經黃土高原至青藏高原東部的過渡地帶，硒元素的有效性則較低。這些土壤元素的豐缺狀況影響著作物的生長和人體的健康。如北方富氟的土壤通過食物和水這些食物鏈影響人體健康，長期攝入過量的氟會造成人體氟骨病，相反，南方低氟的土壤分布區，人群長期氟攝入量不足，同樣會引起人體的疾病，如兒童的齲齒等。
土壤缺硒則會產生大骨節病、克山病等地方病，同時，也可引起肝功能紊亂、免疫功能下降等不利的健康效應，甚至癌癥的發病率也與環境缺硒有一定相關性。我國著名的“長壽之鄉”大多在土壤元素組合上有富硒的特點。
人類活動對土壤生態環境的影響
土壤也常常受人類活動的影響。農業生產中，如果土壤利用適合土壤條件，并能夠維持其系統可持續，那么長期的利用可培育出適合耕作的農業土壤，否則土壤就有可能退化而無法形成農業土壤。自然狀態下，有些土壤干燥時非常硬，潮濕時又很黏，排水狀況較差；一些土壤養分含量很低，或者含有大量的鋁或鹽。所以，自從人類有農業活動以來，就在不斷改造這些問題土壤。
這一方面，我國有著非常豐富的經驗。如我們的祖先根據土壤的地貌和地下水位的條件，在西南山區的坡地上，建造梯田，蓄水植稻。而在長江中下游地區低洼平原，圍地造田，種植水稻。在低洼湖畔，通過挖土堆疊，形成垛田，進而種植水稻。這些是人類改良土壤成功的經驗。
當然，人類對土壤的影響也有相反的例子。如分布在沿海沼澤地的酸性硫酸鹽土，在不受外界干擾的情況下，它們不會惹麻煩。但如果將水排掉，土壤會產生大量硫酸，并釋放出鋁、重金屬和砷等元素進入作物和水體。污染河流和河口地區，造成魚類大量死亡，人類產生疾病等。
作為地球至關重要的皮膚，地球上所有生命都依賴于土壤的存在。然而我們常常想當然地把土壤看成是一種無限的資源，毫無節制地開發利用，無視土壤質量的降低。
最明顯的例子就是，目前農業生產中不合理的施肥，導致土壤中養分大量盈余，盡管土壤可以容納這些過量養分，但其容納能力是有限的，一旦超出，養分進入水體，導致地下水硝酸鹽含量超標，地表水產生水體富營養化，影響人類生存的生態環境。
人類工業、農業、城市建設等活動產生的污染物可進入土壤，積累到一定程度，引起土壤污染，對生物、水體、空氣或/和人體健康產生危害。目前，我國土壤污染總體形勢嚴峻，在重污染企業或工業密集區、工礦開采區及周邊地區、城市和城郊地區出現了土壤重污染區和高風險區。土壤可過濾、吸收和循環利用部分污染物，但有毒物質過量可導致農產品產量減少和品質下降。污染物在植物體內積累，并通過食物鏈富集到人體和動物體中，危害人體健康。
同時，這些有毒物質積累在土壤中，就像一個“化學定時炸彈”一樣，一旦土壤性質和環境條件發生變化，有可能被活化，再次影響生態環境。而要減輕或修復污染土壤，則相當昂貴。
嚴重污染的土壤，有可能完全喪失其生產和生態功能，不得不填埋，造成土壤這一寶貴資源的浪費。另外，土壤受到污染后，也容易在風力和水力作用下，進入大氣和水體，導致大氣、地表水、地下水污染和生態系統退化等其他次生生態環境問題。
土壤生態功能的多樣性
在人們的想象或感受中，土壤資源主要是為人類提供生存所需的食物和纖維。然而，與水、燃料和礦產等簡單資源不同，土壤需要支撐更多的人類活動，除農業生產外，土壤還是最大的有機碳庫，對于減緩和適應氣候變化至關重要。而在缺水的當今時代，土壤對水的適當存儲和分配也具有根本意義。
土壤還承擔著包括土木工程、維持土壤生物基因庫、凈化空氣和水質量、清潔環境、廢棄物處置等多種多樣的功能。然而，世界各地土壤退化問題嚴重。據統計，全球約33％的土壤已經因城鎮化而退化。而水土流失、養分耗竭、鹽堿化、干旱化和污染又帶來更多的威脅。
因此，實現這一有限而稀缺資源的可持續利用顯得相當重要。如隨著城市化過程中土地利用的變化，土壤滲透和排水功能、氣候變化緩沖功能等將起著主要作用。如果忽視土壤這些功能的存在，則會影響到我們居住的環境。在大片的城區，被混凝土或瀝青密封的土壤表面會喪失土壤的滲透和排水功能，形成更多、更快的徑流，甚至產生城市內澇，這樣的教訓，近年來在我國的大中城市已屢見不鮮。
土壤科學與社會
所謂土壤健康，即土壤在生態系統邊界內行使維持生物生產力、改善環境質量和促進植物和動物健康機能的能力。土壤會隨著利用和管理方式不同發生變化。為了維持土壤健康，人類需要不斷克服土壤及其生態環境的不利因素，因地制宜，合理利用土壤資源，最大限度地發揮土壤的自然優勢，消除土壤利用的障礙因素，例如：干旱土壤實施灌溉、濕地積水排干、貧瘠土壤施肥、因土合理施肥、減少污染等等。同時，又要保持土壤生態功能多樣性。
當土地利用和管理與土壤功能很好地匹配時，土壤功能的發揮與人們預期的景象相符。莊稼和花草茂盛、家畜興旺、泉井水源豐富、道路和建筑規范、投資環境安全，以至于人們感覺不到土壤功能的作用。
但是，當土壤利用不能與土壤性質相匹配時，問題就顯現出來了。作物欠收，品質降低，牲畜患病，在脹縮強烈或鹽分較多的土壤上，道路、建筑、管道、電纜會斷裂；在地基不穩定的地方，建筑物結構會發生災難性的坍塌。這些變化也有可能使土壤固有的一些功能喪失，這些功能包括土壤的生產、水文、生態功能。
雖然在土壤利用和管理方面，人類已經享受了很大的成功，例如通過施肥、灌排水等措施強化了土壤的生產功能，但是，究竟如何更好地發揮土壤功能？需要發揮多大功能？兩者之間的度目前還很難把握。
目前土壤科學面臨的挑戰是如何發揮我們的聰明才智，避免不合理的利用方式或采取適當措施防止土壤功能的喪失，使得土壤各種重要的基本功能都能有效發揮作用。這才是我們能達到的健康土壤的境界，只有這樣健康的土壤，才會帶來我們人類健康的生活。
近年來，隨著科學技術對人體健康食物成分及疾病與膳食相互關系認識的提高，加之公眾對健康生活的關注，將農產品營養化、功能化的功能農業大行其道，即通過生物營養強化或其他生物技術手段使農產品具備保健功能性。而要做到這一點，土壤及環境的元素豐缺是其基礎，只有認識到人類從環境中獲取必需成分的豐缺狀況，才能使功能農產品和功能農業沿著正確的方向發展。
土壤科學面臨的關鍵問題
1. 為了獲得最大社會和環境效益，土壤科學未來的研究方向在哪里？
土壤科學對農業生產的指數增長作出了較大貢獻，使全世界的人有飯吃、有房住、有衣穿。研究土壤健康與農業生產的關系仍然是土壤科學的一個重要研究熱點，包括精準農業、有機農業、森林和農業系統的碳固定等的研究，也包括了退化土地的恢復以及可持續發展等方面的研究。
未來土壤科學應該與生態和環境方面的研究緊密地聯系在一起，例如土壤污染、氣候變遷、水文循環、城區土壤、生物多樣性的維持等。土壤科學也面臨來自人口不斷增長、土地和水資源需求壓力不斷增加的挑戰。土壤時空多樣性以及在生態系統內功能的認識，對于我們了解和建設健康的土壤至關重要。要合理地利用土壤資源就必須不斷擴大我們的知識面，以適應這個快速變化的世界。
2. 我們如何將土壤科學與地球科學其他學科的知識聯系起來？
通過地質學、地貌學、土壤學、水文學和生態學等學科多年的共同努力，已積累了海量的環境數據。越來越多跨學科的團隊利用這些數據，揭示地球環境的變化，預測了地球未來的發展。
所以，通過學科之間的交叉研究，例如土壤學和固體地質學之間有關風化層的研究，不同空間尺度下土地利用和管理對土壤健康影響的研究等，可以期望獲得更大的成果。土壤圈是連接大氣圈和地表其他圈層之間的紐帶，土壤學家需要加強與不同研究群體之間的互通和交流，讓大家認識到土壤學在各自研究中的重要性。
3. 我們怎樣才能更好地與社會溝通？
大部分研究者通常通過發表論文來展示他們的成果，但發表在同行評議期刊上的研究成果，很少影響相關的人員或社會大眾，也很少直接影響到政策制定和實際應用。政府和公眾越來越多地要求研究者改善溝通渠道，更多地為社會服務。這意味著科學家要更多地與決策者互動，但這是一個雙向的互動過程，雙方都有很多東西需要學習。可通過廣播和電視節目、游戲、圖片、新聞和互聯網等方式最大程度地讓人了解有關土壤健康方面的研究成果。
4. 如何最大限度地利用民間的土壤學知識？
土地使用者和社會也蘊含著豐富的土壤健康方面的知識。這些知識是從幾代人實踐和觀察中提煉出的精華；他們是很實用的，以增產為導向，對局部土壤有針對性。他們本應該是一個巨大的資源，但到目前為止，這些民間的土壤學知識只是偶爾應用于科學研究中。有必要最大限度地利用這些知識。當然，開發和整合這些知識成為可用的信息并不容易，需要研究者扎根田間，從實踐中吸取民間土壤健康利用和管理的經驗，更有效地解決新的問題。
作者:
黃標:中科院南京土壤研究所研究員
滕應：中科院南京土壤研究所研究員
中國鄉村發現網轉自：中國科學報 2016年12月5日
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