土壤健康的概念和未来展望下
3.量化土壤健康
量化在土壤健康和土壤生态系统服务管理中具有重要意义，土壤的多功能性（图2）和多样性要求将多个指标进行量化并整合为一个指数。一般而言，土壤健康指标可分为物理、化学或生物三类，但是由于许多特性反映了多种过程，这三类指标并不能完全划分界限。例如，土壤团聚是化学指标(如有机质含量)、矿物类型和/或生物活动的结果。同样地，植物有效磷也属于化学指标，但其主要是微生物矿化和植物吸收等生物过程的结果。因此,从许多方面来说，目前的分类(化学、物理、生物指标)并不是因果关系的反映(例如植物有效磷也是生物过程的结果),而是易于表征分析的对象(例如磷酸盐是一种化学指标)。
图3.土壤生态系统服务管理。图的顶部列出了土壤的四个重要作用(植物生产、水质、人类健康和减缓气候变化)。下面列出了各种管理策略及其对关键土壤性质和生态系统服务的影响。GHG：温室气体；N：氮。
土壤健康指标应满足以下四个标准：相关性，即与土壤健康及其生态系统功能和服务相关（表1；图3）；灵敏性，变化快速且可检测，而不只是反映短期波动；实用性，成本低廉，周转时间短；信息性，即能为管理提供信息（图4）。目前65个土壤健康分析方案（包括土壤质量方案和土壤健康方案）中，有20%以上约有一半指标能满足四项标准（图4），但一些重要指标并不满足。例如，总有机碳满足三个标准，但通常不会快速变化(不灵敏)，需要额外的指标，如更灵敏的有机碳组分。其他指标，如土壤质地或深度，不容易变化，也不容易管理(换句话说，不能为管理提供信息，图4)，即使它们与土壤健康高度相关，但在许多方案中仍然需要时间密集型分析或实地测量。然而，这些无法管理的指标为土壤健康提供了背景，反映了土壤的潜力或容量，没有这些指标就无法理解那些可管理的属性。另外，还有一个重难点在于目前所列的生物指标中没有一项能低成本、可靠和快速地获得信息。
图4.土壤健康指标及其与评估的相关性。理想情况下，土壤健康指标具有信息性、敏感性、有效性和相关性。有些不能满足所有的标准，但仍然是相关的(例如质地或土壤深度，它们不容易改变，也不受管理，因此也称为能力指标)。粗体字表示将土壤健康量化的应用从作物生产扩大到可持续性和地球健康的指标。白箭头内包括应进一步发展为有效和实用性的指标。注意：多样性包括土壤生物、景观土壤类型多样性、土壤有机质的分子/结构多样性和土壤中生长的植物多样性，其中一些可能无法通过分析或建模方法进行量化。C：碳；CEC：阳离子交换能力；EC：导电性；GHG：温室气体；N：氮；TOC：总有机碳。
关于植物生产的土壤健康评估通常包括总有机碳、植物有效养分、pH值、阳离子交换容量、电导率、渗透阻力、氮矿化和微生物生物量测试（表1）。土壤健康评估中有一小部分(少于20%)包括土壤团聚体、蓄水量和有机碳组分。为减缓气候变化而管理土壤健康也应测试以上参数，其中一小部分检测了土壤氮形态，这些测试应加以调整以提供有关潜在温室气体排放的信息（包括一氧化二氮等）。与水质有关的土壤健康评估应包括微生物生物量和活性、流动性养分、重金属毒素和总有机碳检测，这已经是许多土壤健康测试计划的一部分，但还应包括只是偶尔检测的团聚和渗透。这些指标中许多也应用于有关人类健康的土壤健康评估。
总的来说，目前三分之二以上的土壤健康测试框架包括传统的土壤有机质、pH值和植物速效磷和钾的定量测定，一半以上包括含水量和容重的测试，有三分之一还建议对土壤呼吸、微生物生物量或氮矿化进行测量，以表征生物特性和结构稳定性。在90%的土壤健康评估方案中（图5），化学指标至少占40%，表明化学性质对量化土壤健康的重要性以及长期以来对植物生产的重视。事实上，目前最先进的分析方案（如土壤管理评估框架）重点