《土壤健康綜合表征的生物測試方法》

（征求意見稿）

編制說明

起草工作組

二〇二一年一月

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一、編制背景及意義

土壤支撐著地球主要生命過程，保持著生態(tài)系統(tǒng)的平衡，提供著人類必需的

食物，它在當今糧食安全保障和生態(tài)環(huán)境建設(shè)等諸方面發(fā)揮著不可替代的重要作

用（沈仁芳，2018）。土壤科學(xué)在保障國家農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)中具

有重要的學(xué)科戰(zhàn)略地位。當前，全球面臨著土壤資源短缺、環(huán)境污染加劇、生態(tài)

系統(tǒng)退化、自然災(zāi)害頻發(fā)和氣候變化等重大挑戰(zhàn)，嚴重威脅著經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)

展、生態(tài)環(huán)境安全和人體健康。如何協(xié)調(diào)發(fā)揮土壤的生產(chǎn)功能、環(huán)境保護功能、

生態(tài)工程建設(shè)支撐功能和全球變化緩解功能，成為現(xiàn)代土壤學(xué)為人類社會可持續(xù)

發(fā)展作貢獻的重要任務(wù)（沈仁芳等，2020）。

近年來，在聯(lián)合國糧農(nóng)組織、國際土壤科學(xué)聯(lián)合會等機構(gòu)的推動下，土壤健

康管護理念已成為共識。我國人均耕地較少，土壤質(zhì)量不高，部分地區(qū)土壤退化

嚴重。據(jù)《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》，全國耕地土壤污染點位超標率高達

19.4%，以重金屬污染為主，耕地土壤的安全利用面臨嚴重威脅。另外，由于土

壤高強度利用、連續(xù)種植引起的連作病害，也使得土壤健康程度不斷下降，進而

引起農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益降低（張俊伶等，2020）。掌握耕地土壤健康狀況及其動態(tài)變

化，實現(xiàn)耕地土壤健康管護，對保障我國糧食安全和生態(tài)文明建設(shè)具有緊迫的現(xiàn)

實意義。因此，迫切需要開展面向耕地的土壤健康評價（Karlenetal.,2019；湯

懷志等，2020）。

土壤健康問題日益得到國內(nèi)外關(guān)注，但土壤健康是土壤的內(nèi)在屬性，不能通

過人為觀察而直接獲得，需要建立合適的評價指標和評價方法才能對其進行量化

表征。而建立土壤健康評價標準是一項非常復(fù)雜的工程。目前，國內(nèi)外土壤健康

/質(zhì)量研究主要集中在某個特定土地利用方式下或者農(nóng)業(yè)耕地條件下的中、小空

間尺度上多空間尺度、多功能維度研究相對缺乏（吳克寧等，2020）。在實踐方

面，長期以來，我國自然資源部耕地質(zhì)量等級調(diào)查評價（原農(nóng)用地分等）和農(nóng)業(yè)

農(nóng)村部耕地質(zhì)量等級調(diào)查評價（原耕地地力調(diào)查評價）兩項工作中，形成了以縣

域為項目單位、以田塊為評價單元，逐級匯總形成省域、國家級成果的耕地資源

評價體系，為耕地利用與管理提供了堅實的基礎(chǔ)。但這兩套方案受當時科學(xué)方法

和保護理念制約，一方面，均忽略了土地評價中“不同尺度解決不同問題”的一

般性原則，存在尺度雜糅的問題，不易準確、快速地描繪縣域以上尺度的狀況，

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難以滿足不同層級的管理需求。另一方面，兩套方案主要表征“本底”生產(chǎn)潛力、

服務(wù)耕地培肥，對土壤功能與土壤環(huán)境狀況考慮不足，評價結(jié)果的作用單一，難

以服務(wù)目前多目標的耕地土壤健康管護（吳克寧等，2020）。所以建立科學(xué)的土

壤健康評價標準是目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迫切需求。耕地是保障國家糧食安全、實施鄉(xiāng)

村振興的根本。土壤健康是保障生態(tài)安全和支撐美麗中國的基礎(chǔ)。我國土壤環(huán)境

污染嚴重，區(qū)域擴展日益突出，已經(jīng)影響到全面建設(shè)小康社會和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展

的戰(zhàn)略目標。

《土壤健康綜合表征的生物測試方法》的目的主要是通過選取土壤食物網(wǎng)中

的代表性生物指標的檢測來確定土壤健康狀況。本標準的制定可以為糧田、菜地、

果園等不同類型的農(nóng)用地提供一個簡單、易行的評價標準，彌補土壤健康評價領(lǐng)

域標準的空白。該標準中土壤健康評價對未來我國土壤科學(xué)的研究與發(fā)展，均有

重要的指導(dǎo)意義，也是土壤科學(xué)發(fā)展的重要任務(wù)。

二、任務(wù)來源

為了建立土壤健康評價體系，推動土壤質(zhì)量標準的制定，中國科學(xué)院南京土

壤研究所通過土壤質(zhì)量標準化委員會（SAC/TC404）申請《土壤健康綜合表征的

生物測試方法》國家標準立項，2013年獲得國家標準委立項批準（計劃編號

20130520-T-326）。主管部門為農(nóng)業(yè)部，技術(shù)歸口單位為全國土壤質(zhì)量標準化技

術(shù)委員會。標準起草單位為中國科學(xué)院南京土壤研究所、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國科

學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所、南京市蔬菜科學(xué)研究所和江蘇省標準化研究院。

三、編制原則

（一）目標明確。標準編訂的目標主要是通過生物的方法評價土壤健康程度，

以反映和預(yù)測土壤在促進植物健康生長方面的功能。

（二）可操作性強。標準所涉及的方法簡單易行，具有普適性和通用性。

（三）科學(xué)性。內(nèi)容上參考國內(nèi)外土壤質(zhì)量評價文獻，并結(jié)合農(nóng)田土壤的實

際情況，確保標準的科學(xué)性和先進性。

（四）規(guī)范性。本標準按GB/T1.1—2020的要求進行編寫。

四、編制過程

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（一）預(yù)研階段

2012年4月，由中國科學(xué)院南京土壤研究所向全國土壤質(zhì)量標準化技術(shù)委

員會提出本標準的標準建議書和標準草案。同時開始查閱文獻，收集國際、國家

和行業(yè)的標準、規(guī)范和專著。并開始對標準所涉及到內(nèi)容進行試驗研究。

（二）立項階段

2013年12月25日中國標準化管理委員會下達了《國家標準委關(guān)于下達2013

年第一批國家標準制修訂計劃的通知》（國標委綜合[2014]89號），對《土壤健

康綜合表征的生物測試方法》進行了立項，計劃編號20130520-T-326，主管部門

為農(nóng)業(yè)部，技術(shù)歸口單位為全國土壤質(zhì)量標準化技術(shù)委員會。

（三）起草及試驗階段

2014年1月，按全國土壤質(zhì)量標準化技術(shù)委員會下達的《全國土壤質(zhì)量標

準化技術(shù)委員會關(guān)于2013年土壤質(zhì)量標準項目制定工作組的安排》，成立標準起

草工作組，開始工作組討論稿和編制說明的編寫工作。由中國科學(xué)院南京土壤研

究所和南京市蔬菜科學(xué)研究所聯(lián)合編寫土壤健康的發(fā)光細菌生物測試法和土壤

健康的四季豆根系形態(tài)測試法；南京農(nóng)業(yè)大學(xué)編寫土壤健康的蚯蚓生物測試法；

中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所編寫土壤健康的生活線蟲生物測試法。

2014年2月-2016年7月，進行連作病害土壤健康程度的生物測試方法的試

驗及編寫工作，具體如下：

2014年2月，在南京進行溫室蔬菜土壤樣品（黃棕壤）采集，布置溫室試

驗，驗證本標準對黃棕壤健康表征方法的研究。

2014年10月，在海南香蕉園進行土壤（紅壤）樣品采集，布置溫室試驗，

驗證本標準對紅壤健康表征方法的研究。

2015年5月，在沈陽設(shè)施蔬菜進行土壤樣品（棕壤）采集，布置溫室試驗，

驗證本標準對棕壤健康表征方法的研究。

2015年6月-2016年5月，在內(nèi)蒙古溫帶典型半干旱草原生態(tài)系統(tǒng)，采集土

壤樣品，研究不同放牧強度對線蟲群落組成和多樣性的影響，驗證本標準對土壤

健康的線蟲群落表征方法。

2016年3月開始查找國內(nèi)外關(guān)于發(fā)光細菌生物測試法的資料。

2016年6月將GB/T15441—1995《水質(zhì)急性毒性的測定發(fā)光細菌法》和

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美國材料試驗協(xié)會制定的固相樣品發(fā)光菌毒性標準：ASTMD5660-96(2009)進

行整合，編寫土壤健康的發(fā)光細菌生物測試法。

2015年6月-2019年12月，同時進行土壤健康的蚯蚓生物測試法和土壤健

康的線蟲生物測試法的試驗及編寫工作。具體如下：

2015年6月-2015年12月，進行野外線蟲、蚯蚓采集方法的評價。確定了

通過電擊法進行野外蚯蚓的采集，按照淺盤法進行土壤線蟲分離。

2016年2月-2016年6月，選擇了江蘇省從蘇南到蘇北的幾個不同土壤類型

和質(zhì)量的地區(qū)進行了預(yù)實驗，確定蚯蚓和線蟲采樣范圍和樣點個數(shù)。

2016年7月-2017年6月，進行利用線蟲蚯蚓表征土壤健康程度可行性的野

外調(diào)研。并采集土壤樣品帶回實驗室進行理化性質(zhì)的分析。采用網(wǎng)格法，共搜集

全省48個縣市，692個采集點的數(shù)據(jù)，基本覆蓋了所有高中低質(zhì)量的土壤。

2017年7月-2018年9月，進行蚯蚓數(shù)量的統(tǒng)計和形態(tài)學(xué)鑒定。通過建立江

蘇省蚯蚓數(shù)量和種類的數(shù)據(jù)庫，確定不同類型、肥力、健康程度的土壤的蚯蚓數(shù)

量和種類。

2018年10月-2019年12月，進行線蟲數(shù)量的統(tǒng)計和形態(tài)學(xué)鑒定。通過建立

江蘇省線蟲數(shù)量和種類的數(shù)據(jù)庫，確定不同類型、肥力、健康程度的土壤線蟲數(shù)

量和種類。

2020年2月開始對整個標準的征求意見稿進行撰寫。

2020年9月標準編制組在沈陽召開會議，對征求意見稿初稿進行了討論、

匯總，并提出了修改的方向。

2020年9月標準編制組成員、標準委員會成員以及江蘇省質(zhì)量和標準化研

究院的專家在南京召開會議，對標準的整個框架和接下來的工作進行了討論和布

置。

2020年11月標準編制組全體成員召開一次線上會議，對標準征求意見稿和

編制說明的內(nèi)容進行了討論。

2020年12月標準編制組全體成員又召開一次線上會議，對標準征求意見稿

和編制說明的內(nèi)容進行了第二次討論，形成終稿。

2020年12月撰寫完成標準征求意見稿，報送標準委員會。

（四）征求意見階段

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五、主要技術(shù)內(nèi)容及確定依據(jù)

（一）國內(nèi)外相關(guān)標準分析

1、土壤健康的定義

土壤是類生命體，其健康狀態(tài)應(yīng)更多從土壤生態(tài)系統(tǒng)的角度來定義，但相對

于人體健康的概念，土壤健康至今仍未有一個公認的定義，土壤健康與土壤質(zhì)量

在內(nèi)涵上一直存在爭議，很多學(xué)者認為土壤質(zhì)量和土壤健康是同義的，可以互換

使用。但是，也有學(xué)者認為兩者存在一定區(qū)別，從定義上土壤健康不僅涉及人類

健康，還強調(diào)了動植物的健康。土壤質(zhì)量通常與土壤適宜于某一特定功能相聯(lián)系，

而土壤健康將土壤當作一個有限的、動態(tài)的生物資源（DoranandZeiss,2000）。

從時間尺度考慮，可以用土壤健康描述土壤短期內(nèi)的“潛在的”和“動態(tài)的”狀

況，用土壤質(zhì)量描述長時間尺度上的“內(nèi)在的”和“靜態(tài)的”狀況（Carteretal.,

1997）。從研究角度，Anderson（2003）認為土壤健康應(yīng)主要集中在土壤的生物

成分上，主要考慮土壤的生物學(xué)組分以及土壤生態(tài)系統(tǒng)功能性。在自然生態(tài)系統(tǒng)

范圍內(nèi)兩者也不完全等同，一些低質(zhì)量的土壤可以認為是健康的，例如處于演替

初期或不利環(huán)境下的土壤，它們只有低的生物多樣性和生物生產(chǎn)潛力，事實上它

們處在自然的發(fā)展階段（Sparling，1997）。因此，土壤健康的內(nèi)涵與土壤生物

學(xué)性質(zhì)及其功能密切相關(guān)。隨著國內(nèi)外的研究進展，土壤被認為是具有生命的，

是“活”的。因此，土壤健康與土壤質(zhì)量的概念也逐漸分離，土壤質(zhì)量側(cè)重土壤

固有的內(nèi)在屬性，與土壤利用用途無關(guān)，而土壤健康側(cè)重“活”的方面，與人體

健康或生態(tài)系統(tǒng)健康概念相類比，描述的是“生命體”的一種狀態(tài)，是與具體的

土壤利用目標和管理活動及環(huán)境因素相對應(yīng)的一種狀態(tài)，是動態(tài)的（Rinotetal.,

2018;Bünemannetal.,2018）。

土壤健康與土壤健康質(zhì)量是兩個不同的概念。土壤健康質(zhì)量定義為土壤容

納、凈化污染物質(zhì)、保障清潔生產(chǎn)和提供人畜健康所需養(yǎng)分的能力，可以根據(jù)土

壤中的元素含量和污染物含量及相關(guān)土壤性質(zhì)決定(周健民，2015）。FAO土壤

健康定義為：“土壤作為一個生命系統(tǒng)具有的維持其功能的能力。健康的土壤能

維持多樣化的土壤生物群落，這些生物群落有助于控制植物病害、害蟲以及雜草

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蟲害；有助于與植物的根形成有益的共生關(guān)系；促進基本植物養(yǎng)分的循環(huán)；通過

對土壤持水能力和養(yǎng)分承載容量產(chǎn)生的積極影響，從而改善土壤結(jié)構(gòu)，并最終提

高作物產(chǎn)量；不會污染環(huán)境；通過維持或增加自身的碳容量，緩解氣候變化”

（FAO，2008）。綜合來說，土壤健康是土壤作為一個活的復(fù)雜系統(tǒng)具有的維持

其生態(tài)功能的能力。換言之，具有生物活力并具有良好功能的土壤才可定義為健

康的土壤。土壤質(zhì)量與土壤健康之間的關(guān)聯(lián)和區(qū)別可用下圖表示。在指定管理條

件（或土壤利用）及光溫水等環(huán)境條件下，土壤質(zhì)量所處狀態(tài)與特定的土壤健康

狀態(tài)指標相比較，即可判定土壤的健康狀況。因此，土壤健康可定義為在特定環(huán)

境與目標用途下，土壤功能可正常運轉(zhuǎn)的能力或狀態(tài)。

從上述概念梳理來看，土壤健康已經(jīng)形成了較為一致的經(jīng)典定義，抽象地概

括了健康的土壤應(yīng)具備的特性。但如同土壤質(zhì)量概念一樣，由于土壤健康與人地

關(guān)系的密切相關(guān)性，時至今日它仍因受人為主觀影響而被質(zhì)疑其科學(xué)屬性。這種

爭議性和它本身的抽象性，給土壤健康評價工作帶來了一定困擾。

食物網(wǎng)是生態(tài)系統(tǒng)中各種不同生物類群通過一系列捕食和被捕食的營養(yǎng)關(guān)

系構(gòu)成的復(fù)雜關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，是生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動的主要驅(qū)動者，也是衡

量土壤健康程度的重要生物學(xué)指標。本標準通過選取在食物網(wǎng)中占據(jù)不同營養(yǎng)級

的主要功能群：植物根系，細菌和線蟲群落以及蚯蚓，通過四季豆根系形態(tài)測試

法、發(fā)光細菌生物測試法、線蟲群落生物測試法和土壤健康的蚯蚓生物測試法從

不同方面分別表征土壤的健康程度。

2、國際標準分析

國際標準是指國際標準化組織（InternationalOrganizationforStandards，

ISO）、國際電工委員會（InternationalElectrotechnicalCommission，IEC）和國際

電信聯(lián)盟（InternationalTelecommunicationUnion，ITU）制定的標準。以“soil

health”為檢索詞，在ISO官方網(wǎng)站（）沒有檢索到相關(guān)的標準，

只有土壤質(zhì)量方面的國際標準，大部分由美國、德國、法國和丹麥等國家制定。

主要內(nèi)容涉及土壤科學(xué)相關(guān)術(shù)語的評審和整理、土壤采樣方法、土壤分析的化學(xué)

方法與土壤特性、土壤分析的生物學(xué)方法、土壤理化性質(zhì)分析等，還未見“土壤

健康”和“土壤功能”評價及生物表征方法相關(guān)的標準。雖然未能檢索到“土壤

健康”相關(guān)的國際標準，但關(guān)于“土壤健康評價”的科研工作卻一直在進行。自

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21世紀初以來，由美國農(nóng)業(yè)部科學(xué)家Andrews等提出的土壤管理評價框架（Soil

ManagementAssessmentFramework,SMAF），在全球得到了廣泛應(yīng)用，并被不斷

改良與發(fā)展（Bünemannetal.,2018），對土壤健康/質(zhì)量研究產(chǎn)生了深遠影響。在

這一理論框架指引下，土壤健康評價形成了“制定評價目標—明確評價對象和涉

及的土壤功能—選取評價指標與評價方式—輸出評價結(jié)果”的一般技術(shù)路線。其

中以美國康奈爾大學(xué)土壤健康研究小組的研究最為系統(tǒng)。他們從2001年開始，

從經(jīng)濟實用的角度，建立了農(nóng)田土壤健康診斷指標體系與評價方法。該診斷體系

首先根據(jù)對土壤管理措施響應(yīng)的靈敏度、與土壤過程和功能的相關(guān)性、取樣難易

程度、測定成本等因素，從土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)三個方面共選取了43個指

標來全面地診斷土壤整體健康狀況。然后從整個美國東北部收集數(shù)據(jù)，建立每個

土壤樣品的健康診斷指標的評分函數(shù)和計分方式。指標的分值介于0-100。實際

操作中通過檢測待評估土樣每個指標單個分值和總的得分來評價土壤的健康程

度。該分值以百分比表示，＜40%被認為非常低，40-55%為低，55-70%為中

等，70-85%為較高，＞85%為非常高。至此，可以明確土壤的整體健康狀況

（Moebius-Cluneetal.,2016）。

經(jīng)過15年的研究與應(yīng)用，該體系已經(jīng)過三次調(diào)整，已經(jīng)能夠準確地評價土

壤健康程度。現(xiàn)已在美國的東北部農(nóng)田進行了廣泛的應(yīng)用，能夠根據(jù)診斷結(jié)果中

單個指標的好壞找出制約土壤健康的關(guān)鍵因素，然后分析解決這些制約因素的相

應(yīng)管理措施，最終提出針對性的土壤健康管理策略，服務(wù)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。目前該評

價系統(tǒng)也在美國農(nóng)業(yè)部及其下屬研究單位應(yīng)用，并且已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)承接服

務(wù)，只要將土樣郵寄給他們，便能給出最終的評價結(jié)果。

3、國內(nèi)標準分析

我國雖然在80年代初期就開始了土壤質(zhì)量相關(guān)的評價，但到目前為止，關(guān)

于“土壤健康”相關(guān)的標準還未見報道。以“土壤質(zhì)量”為關(guān)鍵詞進行檢索，大

部分也是圍繞為土壤學(xué)詞匯、采樣方法、重金屬檢測方法及土壤環(huán)境質(zhì)量的標準。

這些代表性的研究選用的土壤質(zhì)量指標體系仍然是以土壤理化性質(zhì)為主，而且主

要側(cè)重土壤肥力和土壤污染評價，缺少土壤健康評價和土壤修復(fù)及培育等方面的

標準（劉世梁等，2006；陳美軍等，2011）)。

所以，我國在土壤質(zhì)量評價中，評價方法發(fā)展還處于起步階段，側(cè)重土壤理

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化性質(zhì)的評價，而作為土壤健康指標的生物指標較少，并且許多土壤指標會發(fā)生

相互作用，因此，一個指標的值會被一個或多個其它參數(shù)影響。這也是我國土壤

質(zhì)量評價研究中不足的地方。評價在指標體系上仍需要進一步加強標準化、綜合

化和應(yīng)用化（劉世梁等，2006）。

總體來看，土壤健康診斷指標體系由定性向定量化方向發(fā)展，而評價指標與

技術(shù)也逐漸從理論性向?qū)嵱眯苑较蚩缭?。土壤健康評價指標的確定是一項復(fù)雜的

工作，而且不同的土壤系統(tǒng)之間差異很大。建立一個簡單、敏感而具有代表性的

評價指標體系是土壤健康評價的關(guān)鍵（AparicioandCosta,2007;Rinotetal.,

2018）。

關(guān)于土壤健康評價方法全球范圍內(nèi)尚無統(tǒng)一的標準和方法。土壤組成成分復(fù)

雜，各組分之間在不同維度上相互影響，這些因素為衡量和評價土壤健康水平帶

來了嚴峻挑戰(zhàn)。土壤生物直接參與大部分土壤生物化學(xué)過程，深刻影響著土壤生

態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，因此生物學(xué)指標被認為是反映土壤健康更直接也更準確的指標（梁

文舉等，2001；劉艷方等，2020）。

（二）總體框架和主要內(nèi)容

評價土壤健康必須借助一定的評價指標體系，國內(nèi)外尚沒有統(tǒng)一的標準，也

沒有固定的方法，需要綜合考慮生態(tài)系統(tǒng)的類型、土壤的功能、土地利用方式等，

還要結(jié)合評價目的和評價尺度。建立一個簡單、敏感、實用而具有代表性的評價

指標體系是土壤健康評價的關(guān)鍵（Aparicio和Costa,2007）。

本標準規(guī)定了土壤健康綜合表征的生物測試方法的生物測試原理、樣本采

集、樣本存儲和處理、生物測試與測試報告等內(nèi)容。適用于農(nóng)田、果園、菜地、

草原等土壤健康程度評價，包括四種測試方法，其確定依據(jù)如下：

1、土壤健康的四季豆根系形態(tài)測試法

1.1評價方法的確定

康奈爾大學(xué)四位教授于2001年開始聯(lián)合成立了康奈爾土壤健康團隊，通過

對美國境內(nèi)2632個樣本的檢測，于2007年出版了土壤健康評價系統(tǒng)

（Moebius-Cluneetal.,2016）。該評價系統(tǒng)已經(jīng)過三次修訂，目前他們已經(jīng)在全

世界范圍內(nèi)接收土壤樣品，進行土壤健康評價服務(wù)。其中在植物土傳病害評價方

面采用了四季豆根系健康指示法。本標準采納了康奈爾大學(xué)土壤健康評價工作小

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組關(guān)于土壤健康的生物測試方法，根據(jù)我國的實際情況進行了修改，并通過我國

代表性土壤對該方法進行了驗證，增加了土壤樣品的采集方法。

植物土傳病害是制約植物健康生長的重要因素之一，是土壤健康狀況的直接

反映。通過土壤中植物的生長狀況反饋土壤功能，是從土壤內(nèi)在能力（供給作物

生長所需的養(yǎng)分等）上對土壤健康程度的評價。利用植物健康指示土壤健康是一

種有效表征農(nóng)田土壤健康狀態(tài)的生物測試方法。因為植物發(fā)病程度是其生長的土

壤和病害相關(guān)健康程度這一內(nèi)在特性的外在表現(xiàn)（Abawietal.,2004）。

健康的根系是植物旺盛生長和高產(chǎn)的必需條件，一個強大、有活力的根系可

以有效地從土壤中獲取營養(yǎng)和水分，保證植物健康生長。不健康的根系則會抑制

植物生長，影響根與有益微生物的相互作用，而且根也是植物和微生物相互作用

的前沿陣地，是土傳病原菌侵染植物的首要組織。所以植物的根可以用來評價土

壤的功能，而根系健康程度可以代表土壤的健康程度。此外通過植物根系分級表

征植物的病害嚴重度也是植物病理學(xué)常用的研究方法，本標準采用植物根系形態(tài)

評價植物健康即采納自經(jīng)典的植物病理學(xué)研究方法參考書《植病研究方法》（方

中達，1998）。

在對于根系健康等級的劃分中表示某一特定的健康等級時用的是百分比范

圍，而不是確定的數(shù)值，主要參考了土壤學(xué)和植物病理學(xué)的研究方法，采用了土

壤酸堿度和病情指數(shù)等級的制定原則，是一個范圍而不是確定的數(shù)值，例如植物

萎蔫性病害整株葉片萎蔫1-25%的病情指數(shù)為一級，中性土壤pH是6.5-7.5，

而不是7.0。這樣做表面上看是一個范圍，但是實際上是根據(jù)實際情況而來，因

為田間很難有正好pH7.0的土壤，也沒有萎蔫程度正好是25%的植株，所以利

用范圍表征看似不精確，反而更準確，更切合田間實際。

本標準利用在待評價土壤中種植對土壤健康狀況敏感的植物品種，來檢驗土

壤維持植物生長的功能，以土壤中植物生長的好壞來反應(yīng)土壤的健康程度，通過

對植物根部的健康表型分級確定土壤的健康程度，簡單實用，既能量化又易于標

準化操作。

1.2植物品種的選擇原則

本標準是根據(jù)植物的表型評價土壤的健康程度，所以選擇何種植物就顯得尤

為重要。植物品種的選擇是基于以下幾個原則：1）所選植物對土壤的健康狀況

10

要敏感，即不同健康程度土壤中所生長的植物表型（根）要有差異；2）所選的

植物具有代表性，對環(huán)境和氣候等條件要求不高，生長條件不能太苛刻，是常見

的植物品種；3）植物品種要易栽培、種子易發(fā)芽、土壤中生長速度快，這樣可

以保證在短時間內(nèi)觀察到檢測結(jié)果；4）生長表型要易于觀察，健康程度容易定

量和定性描述。

基于以上的4個原則，結(jié)合康奈爾大學(xué)15年的工作經(jīng)驗，本標準選取了四

季豆（PhaseolusvulgarisL.）。因為四季豆生長快，易成活，根部對土壤敏感，

是細菌、真菌及線蟲等病原物的寄主，這些病原物基本能代表田間主要發(fā)病的病

原菌?？梢酝ㄟ^其根部的大小、顏色和發(fā)病程度準確反映土壤的健康狀態(tài)。當然

不排除還有其他品種可以作為指示作物，但是四季豆可以滿足本標準的需要。

1.3生物測試原理

根據(jù)植物病理學(xué)原理，植物病害由病原物引起，另外按照柯赫氏法則，病原

物只有通過寄主植物的病害表型才能檢驗其致病性。土傳病害是由土壤中病原物

侵染而造成的，所以可以通過生長在帶病土壤中植物的癥狀來檢測土壤中的病原

物的致病性。因此不同健康程度土壤中植物根系健康狀況可以代表土壤中病原菌

的致病力和土傳病害的嚴重度，即可以通過植物根系健康狀況間接表征連作病害

土壤的健康程度，也就是健康植物來自健康土壤。具體為，將四季豆（Phaseolus

vulgarisL）種植在試驗土壤中，在適宜條件下生長一段時間后，完整收集四季

豆根系，觀察其生長情況，按照一定標準對根系進行分級，以此確定土壤健康等

級，進行土壤健康評價。

2、土壤健康的發(fā)光細菌生物測試法

2.1評價方法的確定

本標準中土壤健康的發(fā)光細菌生物測試法主要是采自GB/T15441-1995和

ASTMD5660-96(2009)。由于發(fā)光菌法能很好地檢測出環(huán)境介質(zhì)中污染物的生

物有效毒性，包括重金屬、有機污染物和抗生素等，且有毒物質(zhì)僅干擾發(fā)光細

菌的發(fā)光系統(tǒng)，具有快速、簡便、靈敏、成本低、檢測下限低等優(yōu)點，所以發(fā)

光細菌毒性測試方法在20世紀60年代開始受到國內(nèi)外越來越受到重視，我國

目前實施《水質(zhì)急性毒性的測定發(fā)光細菌法》(GB/T15441-1995)，所用的菌

株為明亮發(fā)光桿菌T3小種（PhotobacteriumphosphoreumT3spp.）。國內(nèi)外在

11

近幾年大型聚會、食品安全及飲用水的安全保障中該方法得到了廣泛的應(yīng)用。

如1996年亞特蘭大奧運會就應(yīng)用了美國SDI公司的Microtox檢測系統(tǒng)；“9

11”以后，美國80多家水廠陸續(xù)采用了發(fā)光細菌法進行水質(zhì)檢測；美國有26

個州強制性要求應(yīng)用Microtox測試技術(shù)。最初發(fā)光菌主要用于水體污染物的毒

性檢測，以后逐步發(fā)展形成了一系列標準的水生生態(tài)毒理學(xué)實驗方法，美國材

料試驗協(xié)會已制定了固相樣品發(fā)光菌毒性標準：ASTMD5660-96(2009)，并將

此法用于土壤污染物毒性檢測。將其用于土壤污染毒性評價，可以確定土壤毒

性的劑量—效應(yīng)關(guān)系，從而為污染物土壤限值標準的建立和土壤污染修復(fù)工程

提供依據(jù)。

2.2測試原理

發(fā)光細菌法是通過檢測發(fā)光菌的發(fā)光強度來表征檢測體系中的污染狀況，

凡能夠破壞或干擾發(fā)光細菌自身呼吸、生長、新陳代謝等生理過程的任何有毒

物質(zhì)都可以根據(jù)發(fā)光強度的變化來測試其毒性的強弱。廣譜性檢測原理研究表

明，不同種類發(fā)光細菌的發(fā)光機理是大體相同的。簡單地說，細菌發(fā)光反應(yīng)是

在分子氧作用和胞內(nèi)熒光酶催化，將還原態(tài)的黃素單核苷酸及長鏈脂肪醛氧化，

同時釋放出最大發(fā)光強度在波長為450-490nm處的藍綠光。通常用EC50值來比

較各檢測體系的污染狀況，它表示正常代謝的細菌發(fā)光強度減弱至正常值的

50%時所需要的污染物量。EC50的概念是從醫(yī)學(xué)毒理學(xué)的半致死劑量（即能使

一組受試動物中的一半死亡的藥物量）引申而來的，相應(yīng)的EC50是以能抑制50%

的細菌發(fā)光強度，也就是相對發(fā)光強度等于50%時該樣品的濃度值。顯然，

EC50值越小說明待測物的毒性越大。

3、土壤健康的線蟲群落測試法

3.1評價方法的確定

土壤線蟲作為全球最豐富的后生動物，廣泛存在于各種類型的土壤中，在維

持土壤生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定、促進物質(zhì)循環(huán)和能量流動等方面發(fā)揮著重要作用（張曉珂

等，2019）。其中，食微線蟲通過取食細菌和真菌來調(diào)節(jié)微生物的活動，并通過

取食微生物，將有機氮轉(zhuǎn)化為無機氮，供微生物或植物吸收利用。而捕食性線蟲

可通過取食食微線蟲來調(diào)節(jié)氮的礦化。因此，作為初級和次級消費者的土壤線蟲

12

在食物鏈中占據(jù)了重要位置（杜曉芳等，2018），可通過線蟲群落分析，來研究

土壤環(huán)境的變化。

3.2生物指標的選擇原則

土壤中生物相關(guān)的指標眾多，能夠用來進行土壤健康評估的指標應(yīng)至少滿足

以下標準：（1）能夠?qū)ν寥澜】底兓龀隹焖俚捻憫?yīng)；（2）有可行的測定方法；

（3）能夠?qū)θ郝浣M成的變化進行合理的解釋。與其它土壤動物相比，線蟲有以

下幾方面的優(yōu)勢，使其能夠作為理想的環(huán)境指示生物：一是線蟲體型較小、分布

廣泛、世代周期短，對土壤環(huán)境變化響應(yīng)迅速；二是分離方法簡單，分離效率高，

且成本較低；三是線蟲科、屬鑒定簡單，其群落組成和營養(yǎng)結(jié)構(gòu)的變化與生態(tài)系

統(tǒng)過程聯(lián)系緊密，因此能夠用于土壤健康狀況、生態(tài)系統(tǒng)演替或受干擾程度的評

估(ISO,23611-4)。土壤線蟲總數(shù)，和不同營養(yǎng)類群線蟲數(shù)量的變化均能滿足上述

要求，且能夠從不同方面表征土壤生態(tài)系統(tǒng)功能的健康程度，可作為土壤健康的

評價指標。

3.3線蟲群落測試分析方法的建立

線蟲群落測試方法主要參考國際標準ISO23611-4:2011《Soilquality.

SamplingofsoilinvertebratesSampling,extractionandidentificationof

soil-inhabitingnematodes》來選取制定。為了簡化試驗流程，在線蟲提取方法上

選擇了貝爾曼漏斗的方法，使線蟲的分離提取更簡單易行。此方法也曾廣泛用于

土壤線蟲生態(tài)學(xué)的研究。荷蘭、西班牙和匈牙利等歐洲國家以及美國、以色列等，

也相應(yīng)開展了土壤線蟲群落對土壤健康的生物指示作用研究，并一致認為土壤線

蟲群落分析作為環(huán)境變化敏感的指示生物，可用于評價土壤健康狀況。

4、土壤健康的蚯蚓生物測試法

4.1評價方法的確定

豐富的土壤生物是土壤健康的重要表現(xiàn)之一。土壤中生活著極為豐富的生物

類群，它們對土壤的生長和發(fā)育、土壤肥力的形成和演變以及高等植物的營養(yǎng)供

應(yīng)狀況均有重要促進作用。土壤微生物對陸地動植物殘體的分解、土壤結(jié)構(gòu)形成、

有機物轉(zhuǎn)化、有毒物質(zhì)的降解等至關(guān)重要，同時對環(huán)境起著天然的過濾和凈化作

用。土壤動物是天然的“生態(tài)系統(tǒng)工程師”，其活動能夠調(diào)節(jié)土壤微生物的活性，

改善土壤理化性質(zhì)，維持土壤生態(tài)系統(tǒng)的能量流動、物質(zhì)循環(huán)和信息交換（張

13

衛(wèi)信2007）。因此土壤動物可以認為是土壤健康評價的重要指標。蚯蚓普遍存在

各種生態(tài)環(huán)境中，占土壤生物總量的60%，是大型土壤動物的重要代表，在維持

土壤生態(tài)系統(tǒng)功能中起著不可替代的作用。蚯蚓喜歡生活在陰暗潮濕，有機質(zhì)較

為豐富的土壤中，對污染物和極端環(huán)境十分敏感，因此可以作為土壤健康的指示

生物。

4.2蚯蚓指示土壤健康的優(yōu)勢

蚯蚓對土壤健康的指示作用有如下4個優(yōu)勢：1）歷史悠久，達爾文在1881

年出版了生平最后一部專著《腐殖土的形成和蚯蚓的作用》，首次系統(tǒng)地論述了

蚯蚓對土壤肥力的促進作用；2）適用性廣泛，蚯蚓為土壤中常見的土壤動物，

大量分布在各種利用方式的土壤中，其數(shù)量的變化依不同土地類型、土壤理化性

質(zhì)以及氣候條件的變化而變化（Helenetal.,2019）；3）可操作性強，蚯蚓相較于

其他小型動物和微生物，個體大小合適，形態(tài)特征明顯且易于辨認，基于蚯蚓的

調(diào)查容易推廣；4）國際認可度高，國際標準委員會于2006年發(fā)布了蚯蚓的采集

方法的相關(guān)標準（ISO23611-1），并于2018年進行了修訂，為利用蚯蚓指示土壤

健康的相關(guān)研究提供了借鑒。

4.3評價方法的建立

國際標準ISO23611-1:2018建議采用人工挖掘法和化學(xué)試劑法相結(jié)合的方法

進行蚯蚓的采集，該方法適合于樣點數(shù)量較少，人力資源相對充足的情況。經(jīng)過

實踐，該方法在實際推廣中也有如下問題：1）消耗大量的時間和勞動力；2）破

壞土壤結(jié)構(gòu)；3）測定結(jié)果的準確性較低（蚯蚓會逃離到下層土壤）；4）化學(xué)試

劑有污染地下水的潛在風險（范如芹等，2010）。由于我國國土面積較大，土壤

類型多樣，在實際應(yīng)用中電擊法的優(yōu)勢更加明顯：1）節(jié)約時間和人力；2）不破

壞土壤；3）蚯蚓等土壤生物不會被毒害。并且電擊法的效果也可以根據(jù)不同蚯

蚓類群活動能力的不同而進行調(diào)整，保證了多種研究目的的需要（申智鋒等，

2020）。因此本標準建議使用更加簡單易行的電擊法進行蚯蚓的采集。

六、與現(xiàn)行法律、法規(guī)、標準的協(xié)調(diào)性

標準中的技術(shù)指標符合GB/T36197-2018《土壤質(zhì)量土壤采樣技術(shù)指南》的

要求。

標準的結(jié)構(gòu)和編寫符合GB/T1.1-2020的要求。

14

七、重大分歧意見的處理經(jīng)過和依據(jù)

無

八、對標準性質(zhì)的建議

建議本標準作為推薦性標準發(fā)布。

九、對標準貫徹的建議

本標準發(fā)布后，將有效支撐我國土壤質(zhì)量工作。建議由全國土壤質(zhì)量標準化

技術(shù)委員會（SAC/TC404）協(xié)調(diào)組織本標準的宣貫，中國科學(xué)院南京土壤研究

所、中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、南京市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站、

江蘇省質(zhì)量和標準化研究院可提供技術(shù)支持。

15

附件：

第一章土壤健康的四季豆根系形態(tài)測試方法的建立與驗證

一、試驗設(shè)計

（一）土壤來源及試驗設(shè)計

本標準目的是對連作病害土壤的健康程度進行生物學(xué)表征，為了制定出廣泛

適用于不同土壤的評價體系，土壤的選取不考慮其物理、化學(xué)和生物學(xué)特征，只

是根據(jù)土壤的健康狀況進行分組。檢測試驗包含了三種類型的土壤，每種土壤的

利用形式不同，以驗證本標準所涉及評價體系的可行性與實用性。

（二）土壤樣品來源的特點

土壤類型方面包括三種，分別是紅壤、棕壤和黃棕壤。地理位置包含南部（臨

高）、中部（南京）和北部（沈陽）。利用方式上有香蕉和蔬菜。處理設(shè)置上包括，

自然界不同發(fā)病率，不同連作年限以及人為混合土樣。選擇多種樣品的目的是為

了樣本具有多樣性和代表性，所得到的結(jié)果才具有普適性和說服力。

試驗1：南方紅壤香蕉園土壤健康程度的生物測試研究

（一）土壤樣品來源

土壤采自海南省臨高縣香蕉種植園（19°55′20″N；109°40′52″E）。根據(jù)香蕉

生長情況和香蕉枯萎病的發(fā)生情況，分四個等級進行采樣。土壤采集深度是

0-40cm，四個等級分別為不發(fā)病、發(fā)病率為10%、發(fā)病率為40%和發(fā)病率為70%。

按照發(fā)病率，每個等級算1個處理，對應(yīng)的四個處理分別為：處理一，不發(fā)病

（LT1）；處理二，發(fā)病率為10%（LT2）；處理三，發(fā)病率為40%（LT3）；處理

四，發(fā)病率為70%（LT4）。

（二）試驗方法及具體步驟

1)土壤樣品需在低溫（樣品置于冰上）條件下運回實驗室，盡快開展溫室

盆栽試驗。在試驗開展之前，取來的土壤要保存在4℃下。

2)供試土壤需充分混勻，然后再過8mm的篩子。

3)試驗所用的盆栽器皿為高30cm，直徑10cm圓柱形PVC管，底部有孔，

16

每管底部放一個棉球，棉球不能太緊，可以漏水。每個PVC管均要放在管架上，

中間間隔一個孔擺放，防止兩管之間位置太緊，四季豆生長受阻。在每管前面貼

上標簽并標注試驗處理，隨機擺成一排。每個土樣重復(fù)10次。

4)每管用漏斗加入約1.4kg混合均勻的土樣，高度達到距PVC管頂部2.0

cm處。注意每個土樣之間不能交叉污染。

5)在每管中心播種一顆四季豆種子，有種臍的一側(cè)水平放置，保證四季豆

種子能夠順利萌發(fā)和生長，盡可能模擬田間條件。然后在管的頂部蓋一層2.0cm

的沙子，防治澆水時土壤板結(jié)。

6)將管架放入溫室中進行生長，每天光照時間12～14h。進行常規(guī)管理，

連續(xù)培養(yǎng)四周。

7)四周后，將植株從管中小心移出，用自來水洗凈根部，謹慎操作，防止

傷根，沖洗干凈后，立即對其生長表型進行評價記錄。

8)評價主要通過根部的大小、顏色和根質(zhì)量，按評級標準進行描述，最后

的等級對應(yīng)于土壤健康等級。

（三）結(jié)果

1、土樣基本理化性質(zhì)

表1-1不同發(fā)病率的香蕉園土壤養(yǎng)分含量

處理發(fā)病率（%）全氮（%）全磷（%）全鉀（%）

LT100.056c0.082b0.110b

LT2100.058b0.084ab0.105b

LT3400.052c0.090a0.190a

LT4700.063a0.058c0.188a

注：同一列不同字母表示差異達到顯著水平(Duncan’s多重比較，P=0.05)。

土樣來源于海南臨高縣有不同程度枯萎病發(fā)生的香蕉園紅壤。本試驗分別取

該香蕉園當年香蕉發(fā)病率為0%（LT1）、10%（LT2）、40%（LT3）、70%（LT4）

的0-40cm的新鮮土樣，帶回實驗室處理并進行試驗。由不同發(fā)病率香蕉園土壤

養(yǎng)分含量（全NPK）可知（表1-1），不同的處理原始養(yǎng)分含量具有差異。發(fā)病

率較高的土壤中全氮、全鉀含量相對較高，而全磷含量顯著低于其他發(fā)病率的土

17

壤。尤其是全鉀含量，在40%和70%兩個發(fā)病率中，他們的含量顯著高于其他

處理。說明發(fā)病香蕉對氮、鉀的吸收受到抑制，而加大了對磷的吸收。

2、不同發(fā)病率的土壤中植株的生長情況

溫室試驗按照試驗設(shè)計進行，每個土樣10個重復(fù)，及時澆水、保持空氣流

通。四季豆在PVC管中生長四周后收獲，然后對不同處理四季豆的株高、莖粗、

根長、地上部及地下部生物量、葉綠素含量進行測定（表1-2）。

表1-2不同發(fā)病率土壤中四季豆的生長情況

株高莖粗根長生物量（g/株）

處理

（cm）（mm）（mm）地上地下

LT127.53ab4.73a49.33a2.39a0.96a

LT230.17a4.47a49.13a1.31b0.64ab

LT320.13b4.25a43.83ab1.50b0.49b

LT419.50b4.42a38.77b1.11b0.44b

注：同一列不同字母表示差異達到顯著水平(Duncan’s多重比較，P=0.05)。

從四季豆的長勢可見，四季豆的株高和莖粗按照香蕉枯萎病的發(fā)病率從輕到

重成規(guī)律性降低，株高從27.53cm降低到19.50cm；莖粗從4.73mm減小到

4.42mm，雖然LT3的莖粗比LT4要細，但不影響四季豆長勢隨香蕉發(fā)病率的增

加而降低的趨勢（圖1-2）。因為本試驗尤其注重對根生長的檢測，所以特別分析

了植株的地下部分生物量以及根長。根長結(jié)果表明，來源于兩個發(fā)病率較低的土

壤樣品（LT1和LT2），他們中生長的四季豆根長差別不顯著，隨著發(fā)病率的增

加，根長在顯著的下降。地下部分生物量結(jié)果也表明，不發(fā)病與發(fā)病土壤中根的

生物量具有顯著的差異，隨著發(fā)病率增加，生物量在逐漸下降，平均生物量從不

發(fā)病的0.96g/株下降到0.44g/株（表1-2）。說明土壤的健康程度與植物的根系

生長呈明顯相關(guān)。

3、四季豆根部健康狀況

18

表1-3不同處理中四季豆根部形態(tài)及等級劃分

處理葉綠素根部癥狀描述植物根土壤健

（mg/g）系等級康等級

LT13.53a胚軸以及根部呈現(xiàn)白色，而且手感11

自然粗糙，毛細根良好，表現(xiàn)健康。

LT23.12b下胚軸以及根部組織有淺色的、22

8-10%的病變覆蓋率。

LT32.24c下胚軸病變覆蓋率接近45-50%，根33

部組織未腐，中度破壞。

LT42.25c極度損害，呈褐色，在下胚軸和根44

部有50%～70%的病根。

植物的葉綠素含量和植物的光合速率呈正相關(guān)，本試驗中不同處理的葉綠素

含量也有明顯區(qū)別，其中含量最高的是不發(fā)病的LT1處理，為3.53mg/kg。最低

的是發(fā)病率較高的LT3和LT4（表1-3）。通過對根部形態(tài)的觀察發(fā)現(xiàn)，植物根部

的生長狀態(tài)和土壤的來源顯著關(guān)聯(lián)，不發(fā)病或者發(fā)病率較低的紅壤樣本，其中根

的長勢較好，毛細根發(fā)白，主根側(cè)根分明，根系發(fā)達，說明比較健康，有助于養(yǎng)

分的吸收和正常功能的發(fā)揮。而發(fā)病率較高的土壤樣本中，根呈現(xiàn)出病狀，嚴重

的變成褐色，須根變少。對照分級標準，我們將四季豆的根進行了分級，并根據(jù)

根的等級，給出了相應(yīng)的土壤健康等級（表1-3）。根據(jù)結(jié)果可知，四季豆根的等

級可以很好的對應(yīng)土壤樣品的來源，即土壤樣品發(fā)病率低，四季豆根系生長健康，

隨著土壤樣品發(fā)病率的增加，四季豆根系生長健康等級呈下降趨勢。說明可以通

過根系的健康狀況來評價其生長的土壤在維持植物生長功能方面的健康程度。

圖1-2不同發(fā)病率土壤四季豆的生長情況

19

試驗2：不同栽培年限設(shè)施蔬菜土壤健康程度的生物測試研究

（一）土壤樣品來源

土樣來源于沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)試驗基地（41°49′2″N；123°33′55″E），

土壤類型為棕壤。按照蔬菜耕作年限設(shè)計試驗處理。分別采了新種土壤、耕作1

年、耕作2年及耕作3年的0-20cm的試驗地新鮮土樣。根據(jù)土壤中蔬菜的種植

年限設(shè)為四個處理，處理一，新種地塊（ST1）；處理二，耕作1年（ST2）；處

理三，耕作2年（ST3）；處理四，耕作3年（ST4）。

（二）試驗方法

同試驗1。

（三）結(jié)果

1、土樣基本理化性質(zhì)

土樣來源沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)施蔬菜試驗基地，分別取該基地不同連作年限（0、

1、2、3年）0~20cm的新鮮土樣，低溫帶回實驗室進行溫室試驗。由表1-4可知，

與未連作土壤相比，連作土壤中全氮、全磷養(yǎng)分的含量顯著性降低；土壤中全鉀

的含量受連作的影響不大，未連作的土壤中鉀含量與連作處理相比較低。

表1-4不同連作年限土壤養(yǎng)分含量

處理連作年限全氮（%）全磷（%）全鉀（%）

ST100.223a0.278a1.433b

ST210.162b0.088c1.535ab

ST320.167b0.102b1.570a

ST430.158b0.078d1.513ab

注：同一列不同字母表示差異達到顯著水平(Duncan’s多重比較，P=0.05)。

2、不同連作年限設(shè)施菜地植株的生長情況

溫室試驗按照試驗設(shè)計進行，每個土樣做10個重復(fù)，及時澆水、保持空氣

流通。四季豆在PVC管中生長四周后收獲，然后對不同處理四季豆的株高、莖

粗、根長、地上部及地下部生物量、葉綠素含量進行測定（表1-5）。

20

表1-5不同連作年限菜地土壤中四季豆生長情況

處理株高莖粗根長生物量（g/株）

（）（）（）

cmmmmm地上部分地下部分

ST133.5a4.84a52.5a2.39a0.73a

ST226.9b4.70a35.1b2.48a0.62b

ST319.2c3.75a26.7c1.86a0.16c

ST418.3c4.08a11.4d0.51b0.14c

注：同一列不同字母表示差異達到顯著水平(Duncan’s多重比較，P=0.05)。

從四季豆地上部分長勢來看，隨著連作年限的增加，株高、莖粗和地上部分

的生物量呈規(guī)律性下降，說明連作年限會影響到植株的生長（圖3）。從地下指

標來看，四季豆的根長隨著連作年限的增加在變短，新種土壤的根長為52.5mm，

連作1-3年的根長分別是35.1mm、26.7mm和11.4mm。地下部分生物量也相應(yīng)

地呈規(guī)律性降低，從新種的0.73g/株到0.14g/株（表1-5）。說明土壤的連續(xù)耕

作會導(dǎo)致四季豆長勢變?nèi)酢?/p>

3、四季豆根部健康狀況

本試驗同樣檢測了植物的葉片葉綠素含量，結(jié)果表明連作年限會影響四季豆

葉片的葉綠素含量，連作三年處理的四季豆葉綠素含量顯著低于其它處理（表

1-6；圖1-3）。

通過對根部形態(tài)的觀察發(fā)現(xiàn)，植物根部的生長狀態(tài)和土壤連作年限顯著關(guān)

聯(lián)，新種的和已經(jīng)種植1年的土壤根長勢旺勝，生物量較大，毛細根發(fā)白，主根

側(cè)根分明，根系發(fā)達，有助于從土壤養(yǎng)分的吸收以及與微生物的互作。種植1

年的設(shè)施土壤，四季豆根呈現(xiàn)出零星病狀對照分級標準，LT1和LT2均為1級，

說明比較健康；連作2年和3年的土壤，根系活力下降。我們將四季豆的根進行

了分級，并根據(jù)根的等級，給出了相應(yīng)的土壤健康等級（表1-6）。一般來講，土

壤的連作會影響土壤健康程度，根據(jù)結(jié)果可知，四季豆根的等級可以很好的對應(yīng)

樣品的來源，即土壤連作年限少的四季豆根系生長健康，隨著連作年限的增加，

四季豆根系生長健康等級呈下降趨勢。本試驗也同樣證明能夠通過根系的健康狀

況來評價土壤在維持植物生長功能方面的健康程度。

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表1-6不同連作年限四季豆根部形態(tài)及等級劃分

葉綠素植物土壤健

處理根部癥狀描述

（mg/g）分級康分級

胚軸以及根部呈現(xiàn)白色而且手感自然

LT12.33a11

粗糙，毛細根良好，表現(xiàn)健康

下胚軸以及根部組織成白色、有較多的

LT21.60b11

毛細根，根形態(tài)正常，3-5%的病變情況；

根部顏色發(fā)黃，病變接近40%，根部組

LT31.46bc33

織未腐，中度破壞；

根呈黃褐色，在下胚軸和根部約有70%

LT41.34c44

病根；須根季顯著減少

圖1-3不同連作年限設(shè)施菜地土壤植株的生長情況

試驗3：混合設(shè)施菜地土壤健康程度的生物測試研究

（一）土壤樣品來源

土壤采自南京橫溪鎮(zhèn)蔬菜大棚（31°43′10″N；118°46′38″E）0-20cm土樣，

采了兩種樣品，分別為大棚蔬菜土壤和大棚外未種植過蔬菜的土壤樣品，其中大

棚內(nèi)土壤已連續(xù)種植茄果類蔬菜5年。

為了防止田間自然情況對試驗結(jié)果的影響，本試驗設(shè)計了人為定量混合土

樣。設(shè)置5個不同的處理。具體方法為，處理一，全部為蔬菜大棚外未種植蔬菜

的新鮮土壤（NT1）；處理二，將大棚外土壤和蔬菜大棚內(nèi)土壤按照3:2的體積

比混合（NT2）；處理三，將大棚外土壤和蔬菜大棚內(nèi)土壤按照2:3的體積比混

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合的（NT3）；處理四，將大棚外土壤和蔬菜大棚內(nèi)土壤按照1:4的體積比混合

（NT4）；處理五，全部為大棚內(nèi)蔬菜種植土壤樣品（NT5）。

（二）試驗方法

同試驗1。

（三）結(jié)果

1、不同混合土壤中四季豆的生長情況

為了避免田間直接采樣由于人為定性觀察帶來的樣本誤差。本試驗從南京蔬

菜科學(xué)研究所試驗基地，分別采了連作番茄試驗大棚（連作病土）及未種的新鮮

土樣，低溫帶回實驗室進行溫室試驗。然后按照固定的比例將二者進行混合。處

理一（NT1）：全部為蔬菜大棚旁邊未種植蔬菜的新鮮土壤；處理二（NT2）：將

新鮮的未種植過的土壤和大棚土壤按照3:2的體積比混合；處理三（NT3）：將

新鮮的未種植過的土壤和大棚土壤按照2:3的體積比混合的；處理四（NT4）：

將新鮮的未種植過的土壤和大棚土壤按照1:4的體積比混合；處理五（NT5）：

全部為大棚土壤樣品。

溫室試驗按照試驗設(shè)計進行，每個土樣做10個重復(fù)，及時澆水、保持空氣

流通。四季豆在PVC管中生長四周后收獲，然后對不同處理四季豆的株高、莖

粗、根長、地上部及地下部生物量、葉綠素含量進行測定（表1-7）。

表1-7不同混合土樣土壤中四季豆生長情況

病土百分株高莖粗根長生物量（g/株）

處理

率（%）（cm）（mm）（mm）地上部分地下部分

NT1048.19a5.07a41.47a1.86a0.61a

NT24042.33a5.56a36.95a1.86a0.61a

NT36036.12ab4.92a33.98a1.70ab0.43b

NT48036.03ab4.62a30.26a1.71ab0.39b

NT510023.08b4.85a21.91a0.97b0.33c

注：同一列不同字母表示差異達到顯著水平(Duncan’s多重比較，P=0.05)。

從四季豆的長勢可見，四季豆地上部分的長勢和土壤的組成具有顯著的相關(guān)

性（表1-7）。從NT1到NT5，隨著大棚連作病土比例的增加，四季豆地上部分

的株高、莖粗和生物量都有規(guī)律下降。而且下降幅度很大，例如株高，NT1為

48.09cm，而NT5的株高小于NT1的一半，僅為23.08cm。在四季豆的地下部分，

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其根長和地下生物量也極大的受到了病土比例的影響，二者隨著病土比例的增加

而遞減（表1-7；圖1-4）。

表1-8不同混合土樣四季豆根部形態(tài)及等級劃分

葉綠素植物土壤健

處理根部癥狀描述

（mg/g）分級康分級

胚軸以及根部呈現(xiàn)白色而且手感自然粗

NT11.86a糙，毛細根良好，表現(xiàn)健康11

下胚軸以及根部組織有淺色的變色、

NT21.83a22

8-10%的病變覆蓋率；

下胚軸病變覆蓋率接近45-50%，根部組

NT31.75a織未腐，中度破壞；33

下胚軸病變接近50%，根部組織未腐，

NT41.70a根的顏色變深，中度破壞，須根減少；33

極度損害，呈褐色，在下胚軸和根部有

NT51.27b44

50%～70%的病根；

2、四季豆根部健康狀況

不同處理中葉綠色的含量具有很大差異，隨著病土比例的增加，葉綠素含量

在下降，說明土壤的健康程度影響了四季豆葉片的生長（表1-8）。

對照評級標準，通過對根部形態(tài)的觀察發(fā)現(xiàn)，植物根部的生長狀態(tài)和土壤病

土所占的比例顯著相關(guān)，未摻病土的處理根長勢旺盛，根系發(fā)達，毛細根發(fā)白。

病土占的比例較多的樣本，根系明顯變小，而且顏色逐漸變黃，須根減少，病變

增加，根系活力下降。我們將四季豆的根進行了分級，并根據(jù)根的等級，給出了

相應(yīng)的土壤健康等級（表1-8；圖1-4）。

圖1-4不同處理根部掃描照片

本研究三個試驗的結(jié)果均能有效說明可以根據(jù)溫室試驗中四季豆根的生長

情況來反推土壤的健康程度，尤其是土壤在維持植物健康生長功能方面的作用大

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小。所以可以通過四季豆的根系生長情況表征土壤的健康程度。

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第二章土壤健康的線蟲群落測試法的建立與驗證

試驗1:不同放牧強度的草地土壤健康程度的生物測試研究

一、試驗設(shè)計

（一）土壤來源及試驗設(shè)計

本標準的目的是對不同土壤健康程度進行評價，為了驗證標準中提出的指標

體系，選擇四個不同退化程度的土壤進行樣品采集，分析測定土壤線蟲群落，驗

證本標準中提出的評價體系能否對應(yīng)不同退化程度土壤。

二、驗證過程

（一）土壤樣品來源

土壤采自中國科學(xué)院內(nèi)蒙古草原生態(tài)系統(tǒng)定位站（116°42′E,43°38′N）的劃

區(qū)輪牧試驗平臺，選擇放養(yǎng)的綿羊均為15月齡，35kg的母羊。放牧時間從每年

的六月中旬持續(xù)到九月下旬。本實驗選擇該設(shè)計中的四個放牧強度0、3、6、9

羊/hm2來代表對照、輕度、適度和重度放牧(不同退化程度)。采樣時間為8月（雨

季），采樣深度為0-15cm。采用5點取樣法（直徑為2.5cm的土鉆），將每塊樣

地四均分，在每個均分區(qū)內(nèi)隨機取5鉆混勻，代表4次重復(fù)，將采集的土壤樣品

裝入塑料袋帶回實驗室后放置于4℃冰箱。

（二）土壤指標的測定

（1）土壤含水量：采用烘干法（105℃烘干8h）（魯如坤，2000）。

（2）全氮：采用凱氏定氮法（魯如坤，2000）。準確稱取1g左右過100目篩的

風干土，加入1.2-1.3g的硫酸鉀-硫酸銅催化劑（20:1），加1mL水潤濕土壤，

加入5mL濃硫酸，蓋上漏斗后150℃消煮1h，270℃消煮1h，380℃消煮

3.5h，消煮后的溶液用全自動凱氏定氮儀測定全氮含量。

（（3）土壤線蟲群落測定：稱取50g或100g鮮土倒入量杯中，加水至1L攪勻，

靜置1min，將上層懸濁液倒入網(wǎng)篩組，邊倒邊振蕩分樣篩，防止水分充滿下層

的400目篩而從篩中溢出；再向杯中加水至1L攪勻，靜置1min，倒入網(wǎng)篩中。

如此重復(fù)3次，將400目分樣篩取下，用噴頭把400目網(wǎng)篩中的線蟲懸液中的泥

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漿沖洗干凈，倒入燒杯中。將漏斗固定在架子上，下端接10cm長的膠管，膠管

口上裝一個止水彈簧夾。將燒杯中土壤線