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基于长期定位试验的土壤健康研究与展望

花匠小妙招
2024-11-11 20:25

耕地是粮食生产的命根子，对于粮食安全至关重要。健康土壤是保障耕地产能、粮食安全、生态环境及人类健康的基础，是国家稳定发展的重大战略需求。我国当前耕地土壤健康状况不容乐观，主要表现在耕作层土壤变浅、库容量变小、肥力下降、土壤养分不均衡、土壤酸化与板结、土壤功能下降等方面[1−2]。随着社会的发展，人类对土壤的认识不断深化，逐渐意识到以粮食安全为主要内容的生态农产品供给的根本在于土壤健康，其出路在于对土壤的科学管理。

土壤健康是近年来土壤学研究的焦点，联合国粮农组织(FAO)将2015年定为“国际土壤年”，主题为“健康土壤带来健康生活”。在2020年9月召开的中国土壤学会第十四次全国会员代表大会上也将“守护土壤健康，助力高质发展”确定为大会主题。可见，土壤健康问题已经受到政府和学界的高度重视。我国《耕地质量等级》标准(GB/T 33469—2016)将土壤健康[3]定义为：作为一个动态生命系统具有的维持其功能的持续能力，强调了土壤健康研究在实现全球可持续发展中发挥着关键作用。土壤健康培育的目标是实现土壤生态系统多功能性的协同和可持续发展[4]。

土壤质量的演变及其驱动机制和提升技术是土壤健康研究的前沿课题。农田长期定位试验是土壤健康研究的基础平台和重要手段，对于研究土壤健康演变及其环境行为等发挥着重要作用。自1980年以来，我国陆续建立了多个农田长期定位试验，在揭示农业生产与环境演变规律和作用机制、协调农业生产与自然和谐发展方面具有重要的功能[5]，为耕地质量、土壤肥力和土壤健康研究提供了宝贵的数据和平台支撑。

本文总结归纳了土壤健康的内涵及其指标体系，解析了我国长期定位试验基地的布局和施肥处理情况等特征，梳理了土壤有机质、土壤生物多样性等土壤健康核心要素的研究进展，并提出了基于长期定位试验的土壤健康研究展望，为推进我国土壤健康管理与农业可持续发展提供理论支撑。

1. 土壤健康的内涵及其面临的挑战

1.1 土壤健康的内涵

早在1910年，学术界就提出了土壤健康这一概念，当时只关注与土壤肥力相关的物理和化学特征。随着研究的深入，土壤健康的内容不断丰富、内涵不断提升，逐渐与食物健康和人类健康紧密联系起来。由于研究视角不同，对土壤健康概念的界定难以形成统一认识。1996年，Doran等[6]认为土壤健康是指在生态系统和土地利用边界内，土壤作为关键的生命系统所具有的支撑动植物生产、维持或改善水体和大气环境、促进动植物和人类健康的能力。2014年，美国农业部自然资源保育署将土壤健康定义为：土壤能够支撑植物、动物和人类生存，持续发挥生态系统功能的能力。2020年，联合国粮农组织(FAO)土壤跨政府技术小组(ITPS)将土壤健康定义为：土壤持续保持陆地生态系统生产力、生物多样性和环境服务的能力[7]。基于生态学视角，于法稳和代明慧[8]认为土壤健康是指土壤生态系统在维持自身生命活力的前提下，为动植物提供丰富的营养、维持较高产能水平的能力，同时，通过系统韧性和功能发挥抵御外界扰动，实现低碳目标的能力。当前，被广泛接受的土壤健康定义为：土壤在生态系统范围内发挥作用以维持生物生产力，维持环境质量，促进动植物健康的能力[9]。

土壤健康内涵丰富，主要体现在自身特性及其生态环境服务功能上，且其内涵随时间变化而不断更新。由最初的生产作物能力逐渐演变为“动态的”和“潜在的”内在属性、“涵养水源、吸收过滤废弃物”的环境服务属性和“促进动植物健康”的健康属性[10−11]。总的来说，土壤多功能性是土壤健康的核心，是土壤健康状况的综合体现。健康土壤应具有较强的弹性和恢复力，在受到人类活动干扰、极端气候影响下仍能保持或快速恢复土壤功能[12]。

1.2 土壤健康的评价指标体系

对土壤健康的评估需要一个综合评价体系，以表征土壤生态系统中各项健康指标。土壤健康指标是指可以反映土壤某种健康属性的指标，一般包括物理指标、化学指标和生物指标[12]。这些指标参数应满足多个标准，包括科学性和真实性；敏感性高；可管理、可使用、准确且成本较低；能够反映土壤功能和管理目标之间的联系[13]。

1.2.1 物理指标

最常见的土壤健康评价物理指标包括：1)容重，其可反映土壤紧实度和孔隙度，易受环境因素影响，是土壤健康评估的主要物理指标之一。2)含水量，因为土壤水分不仅可作为养分运输的介质，也调控水分相关循环过程，对土壤微生物组成及活动产生重要影响。3)土壤团聚体，因为土壤团聚体是土壤结构的基本单元，其稳定性直接关系到土壤的抗侵蚀能力、透水性和通气性；并且良好的土壤结构有助于根系生长和微生物活动，调控许多关键农艺和生物过程，是评价土壤健康的关键指标之一。现代研究中，土壤紧实度能够综合反映土壤的疏松情况，也是重要的土壤物理指标。

1.2.2 化学指标

化学指标是土壤健康评价指标体系中的重要部分，占40%左右[14]，主要包括土壤有机质及其活性组分、土壤pH、氮磷养分含量等。其中，土壤有机质含量影响土壤的团聚性、稳定性、生物多样性及其功能，是衡量土壤肥力和健康的第一重要指标。土壤碳的活性组分含量，影响土壤的微生物功能及养分转化乃至作物生产力，对管理措施响应敏感，是土壤有机质含量甚至是土壤肥力变化的早期预测指标[15]。土壤pH决定了养分有效性，控制着微生物多样性，影响着土壤缓冲能力；土壤氮磷养分含量，影响土壤的养分供应和作物生产力，因此是衡量土壤肥力和健康的重要指标。

1.2.3 生物学指标

生物学指标较物理和化学指标更敏感，能更好地反映土壤健康状况。土壤生物包括细菌、真菌、藻类、原生动物和线虫等，它们之间相互影响，在评价土壤健康方面发挥重要作用。其中，微生物活性水平可用来反映土壤的生物健康状态；微生物种类、数量及其多样性可用来表征土壤生态系统稳定性和适应性；酶是土壤中进行生化反应的重要催化剂，不同酶活性可评估土壤的生物功能和养分循环效率，且土壤酶活性与土壤有机质状况和微生物活动密切相关，可作为土壤生产力和污染程度的量度[16]；微生物食源碳，指土壤中被微生物利用的碳源，反映了土壤中有机质的分解速率和微生物的代谢活动，是土壤健康的重要生物指标。

1.2.4 土壤健康评估体系

目前，已有部分国家/地区建立了土壤健康评估体系，大多可适用于耕地土壤健康评估。最早由加拿大在20世纪90年代提出了评估和监测土壤(健康)计划[17]。美国在土壤健康评估体系构建方面的研究已累积了较多的成果，其中具有代表性的包括：美国农业部于1995年开发的土壤管理评估框架(soil management assessment framework，SMAF)[18−20]和康奈尔大学土壤健康团队于2007年建立的康奈尔土壤健康评价系统(comprehensive assessment of soil health，CASH)[21]。目前我国还未在国家层面建立统一的土壤健康评价体系，但一直致力于提高和保护土壤质量并形成了一定的理论框架[22]。2018年中国土壤学会成立土壤健康工作组，提出实现土壤生态系统多功能性的协同和可持续是健康土壤培育的目标。并且将我国土壤健康培育分为3个阶段：1)消除土壤障碍因子，对于影响作物产量和品质的限制因子(如土壤板结、土壤酸化、重金属污染等)有针对性消除；2)强化土壤生物过程，提高土壤免疫力、抵抗力和生物多样性；3)提升土壤生态系统的多功能性(持续生产力、优质产品、增加土壤碳库和养分循环、减少温室气体)[4]。

1.3 土壤健康评价面临的挑战

定量评价土壤健康是基础创新、技术研发与政策法规制定等各项工作的前提。国内外学者针对评价指标和评价方法进行了系统的综述。然而我国气候条件差异大，作物种类、土地利用方式、土壤类型和质地多样，土壤健康评价体系的建立还面临着一些挑战。

1.3.1 土壤健康评价中数据收集和分析较为困难

土壤健康评价包含的指标较复杂，而获得这些指标值，首先需获取土壤等样品。而土壤样品的采集需要精确的方法和技术，以确保样品的代表性和一致性。由于土壤样品在过去某一时间段内无法获取，评价土壤健康状况在这一时间段内的变化特征尤为困难。

1.3.2 土壤健康状况的时空变异性不明确

当前对于土壤健康的研究工作主要集中于评价指标的选择以及评估框架的构建等。而土壤是一个复杂的生态系统，它包含无数微生物、植物根系、动物等，它们不仅可相互影响，而且这些土壤属性在时间(如季节性变化)和空间上的异质性导致土壤健康状况在时间和空间上存在演变特征。目前对我国土壤健康在时间尺度和空间上的变化特征尚无研究案例，亟需弥补这一研究空白。

2. 基于长期定位试验的土壤健康核心指标的演变规律及研究进展

2.1 长期定位试验在土壤健康评价中的作用和意义

长期定位试验是指在同一块地上长期进行固定施肥、轮作、耕作等田间管理措施的试验。长期定位试验一般是指试验时间20年以上，至少在10年以上。由于长期定位试验维持的难度大，时间越长给出的信息越丰富，价值也越大，因此国际上把大于50年的试验称为珍贵的长期定位试验。目前，国际上有100年以上的长期定位试验20多个，主要分布在英国、美国和欧洲一些国家。由于土壤肥力演变是一个相对缓慢的过程，通过长期定位试验可以观察和统计土壤各项指标在时间和不同施肥、轮作等管理措施下的演变特征，进而为科学合理施肥、轮作以及培肥土壤技术选择提供理论依据。因此，长期定位试验对于研究土壤养分状况、生态功能和环境效应等具有十分重要的意义。

事实上，长期定位试验已经发展成为农学、土壤学、植物营养学、环境科学、生态学等学科研究的重要手段。长期定位试验在不同时期采集并保存了大量的土壤、植株和肥料等样品，这些样品蕴含了丰富的农田生态系统信息，极为珍贵。它们可用来研究农业生产系统的长期变化特征、驱动因素及其对环境因素响应机制，如土壤肥力的演变、土壤质量的变化、作物产量和农业可持续发展等。通过这些信息，可以更精确地评估作物生长情况、土壤质量变化及其环境影响，提供有价值的数据和见解，指导农业生产实践和环境保护。

长期定位试验可以揭示土壤−作物关系及其响应规律。土壤与作物之间的关系是一个复杂且变化相对缓慢的过程，需要通过长期定位试验对土壤和作物进行系统的观察和监测。长期定位试验的地点在地理位置和环境条件方面能够代表更广泛的土壤和气候特征，试验结果具有普适性。因此，长期定位试验一般在地域上具有代表性，时间上具有连续性，数据积累上具备长期性和一致性，且观测的稳定性保证了数据的可靠性和准确性，成为研究土壤特性和农作物产量长期变化趋势的强有力的支撑。总之，长期定位试验所积累的数据十分丰富，涵盖了土壤的物理、化学和生物学指标以及作物产量等多个方面，能够系统地揭示土壤肥力和农作物生产力的演变特征，反映土壤质量的时空变化及其驱动因素，为实现土壤的可持续利用提供不可或缺的技术支持。而这些研究内容，正是表征土壤健康的不同方面。因此，长期定位试验可以和正在被广泛应用于健康土壤评价和培育中。

2.2 我国农田长期定位试验的特征

我国农田长期定位试验包括施肥、轮作与耕作等试验，以施肥试验最为悠久和完整。国家化肥试验网开始于“六五”期间，在1980年前后，中国农业科学院和以农业为主的大专院校陆续在不同农业生态区域内建立了一批农田土壤肥料长期定位试验。这些试验分布于我国22个省(市、自治区)的10个土壤类型上，包含大约80个长期定位试验，主要开展氮、磷、钾化肥肥效、用量和比例的试验。且主要的试验处理为化肥单施或与有机肥配合施用，旨在研究不同种植制度下化肥、化肥与有机肥用量及其配合比例对作物产量、肥料效益和土壤肥力的影响。

1987年，由原国家计划委员会立项，中国农业科学院土壤肥料研究所主持，连同吉林、陕西、河南、广东、浙江和新疆6省(自治区)农业科学院土壤肥料研究所、中国农业科学院衡阳红壤实验站和西南农业大学，在全国范围内9个主要类型土壤上建立了“国家土壤肥力与肥料效益长期监测基地网”，涉及的土壤类型有：黑土、灰漠土、褐潮土、褐土、潮土、水稻土、紫色土、红壤和赤红壤，覆盖了我国主要土壤类型和农作制度。

“十一五”期间，中国农业科学院联合省级农科院、中国科学院及部分高校等相关单位，组建形成了农田土壤肥力长期定位试验网络。目前在全国范围内主要有52个农田长期定位试验，涵盖10个主要土壤类型(棕壤、水稻土、灰漠土、潮土、紫色土、红壤、草甸土、褐土、黑土、黑垆土)和10个主要耕作模式。这些试验的特点是：试验时间较长(均在30～40年以上)、点位多、数据量大，基本覆盖了我国主要农业生态系统和土壤类型。试验主要处理有：1)不施肥(CK)；2)单施化肥氮(N)；3)施用氮钾化肥(NK)；4)施用磷钾化肥(PK)；5)施用氮磷化肥(NP)；6)施用氮磷钾化肥(NPK)；7)施用有机肥(M)；8)施用氮磷钾化肥和有机肥(NPKM)；9)施用氮磷钾化肥和秸秆还田(NPKS)。

2.3 长期施肥下作物产量演变及高产稳产性(生产可持续性)

作物产量是衡量土壤质量的主要指标，作物产量及其稳产性，是土壤健康的综合体现。基于长期定位试验，对我国3大粮食作物玉米、小麦和水稻的产量状况(表1)和区域差异进行分析[23]，发现长期施用化肥和有机肥化肥配施均能显著提高作物产量。总体表现为：施用氮磷钾化肥及有机肥(NPKM)>施用氮磷钾化肥(NPK)>施用氮钾化肥(NK)、施用磷钾化肥(PK)>不施肥(CK)。不同作物的产量存在区域差异。从南至北，玉米和小麦产量逐渐增加，而不同区域的水稻产量间差异相对较小，变化不明显。

表 1 不同施肥处理下玉米、小麦和水稻产量(kg/hm2)

Table 1. Grain yield of maize, wheat and rice under different fertilization treatments

作物 Crop CK N NK PK NP NPK NPKM M 玉米 Maize 2948 d 4334 bcd 4029 cd 3610 cd 5513 bcd 6429 b 7141 a 5698 ab 小麦 Wheat 1286 b 1808 b 1798 b 1594 b 3653 a 3933 a 4230 a 2325 b 水稻 Rice 3255 f 4282 de 4559 cde 3925 ef 4967 bc 5335 ab 5892 a 4696 bcd 注：CK—不施肥；N—单施化肥氮；NK—施用氮钾化肥；PK—施用磷钾化肥；NP—施用氮磷化肥；NPK—施用氮磷钾化肥；NPKM—施用氮磷钾化肥和有机肥；M—施用有机肥。同行数据后不同小写字母表示处理间在5%水平差异显著。
Note: CK—No fertilizer control; N—Chemical nitrogen fertilization only; NK—Chemical nitrogen and potassium fertilization; PK—Chemical phosphorus and potassium fertilization; NP—Chemical nitrogen and phosphorus fertilization; NPK—Chemical nitrogen, phosphorus and potassium fertilizer; NPKM—Chemical nitrogen, phosphorus and potassium fertilizer combined with organic fertilizer; M—Organic fertilizer. Values followed by different lowercase letters in the same row indicate significant difference among treatments at 5% level.

长期施肥下作物产量随时间的变化趋势为：玉米和小麦产量在NPKM处理下呈增产趋势，NPK处理保持稳产，其他处理减产，CK低产，即产量呈缓慢下降趋势[24]；南方双季稻产量在NPK和NPKM处理下较稳定或呈上升趋势，尤其是晚稻，而NK处理下呈下降或极显著下降趋势，其他施肥处理晚稻产量相对稳定[25]。

作物产量的稳定性是农业可持续性的重要指标，可用产量可持续性指数(SYI)来衡量，SYI越大作物产量的可持续性越好[26]。不同处理的SYI总体表现为：NPKM>NPK>NK≈PK>CK。在这3种作物之间，水稻的SYI值高于小麦和玉米[26]。SYI值在3种作物中与产量变异系数(CV)值呈显著负相关，与年均产量呈显著正相关，可以通过降低产量的变异性和提高产量来实现产量的可持续性[27]。总体上，化肥配施有机肥，长期来看可以显著提高作物产量，维持较高的产量稳定性，是高产稳产的可持续性施肥模式。

2.4 长期施肥下土壤有机质演变及其与产量的关系

土壤有机质是土壤养分的载体和来源，决定着土壤的物理、化学和生物学性质，是土壤健康的核心指标，是实现粮食安全的基础。土壤有机质积累与分解等转化过程和特性直接或间接决定着土壤健康，并与作物高产、稳产密切相关，是土壤健康评价指标体系中重要的组成部分。土壤有机质演变是一个缓慢而复杂的生物地球化学过程，长期定位试验是揭示其变化规律最有效的途径。基于不同施肥的长期定位试验，农田土壤有机质演变总体趋势：NPKM (增加)>NPK>NK≈PK (持平)>CK (下降)[28−29]。由于有机肥养分释放缓慢，多数试验点在施肥前期土壤有机质含量变化不大，在连续施肥10年左右土壤有机质开始呈现显著的上升趋势，土壤健康指数明显提高。

有机物料投入是影响土壤有机质平衡的主要因素。基于全国的长期定位试验，徐明岗等[30]提出了有机物料的转化利用效率，实现了有机质提升的量化表征。研究发现，土壤有机碳变化量随着有机碳投入量的增加呈线性增加，有机碳的转化量和碳投入的关系可通过线性方程来描述，斜率即投入碳转化利用效率(有机碳的固存效率)，线性关系与横坐标的交点即是土壤的固碳量为零时所需的维持碳投入量。该发现阐明了有机物投入量与有机质提升量之间的响应关系，一方面确定了维持土壤有机质不下降的维持投入量，另一方面量化了提升一定幅度的有机质每年需要投入的有机物的量，为土壤有机质的定量提升提供了关键技术参数。研究表明，农田土壤有机碳的利用效率具有空间规律性，平均利用效率呈现为西北地区(25.7%)>东北地区(22.0%)>华北地区(13.3%)和南方旱地(9.9%)及南方水田(10.8%)；全国农田土壤有机物料的碳利用效率平均为16.3% (表2)。土壤有机碳利用效率受到气候(水热条件)和土壤性质(质地)的影响，有机物料的长期转化利用效率随年有效积温和年降水量的升高而降低，随土壤粘粒含量的增加而升高。土壤粘粒含量越高，越有利于土壤固碳[28−29]。

表 2 我国不同区域农田有机肥碳的利用效率

Table 2. Carbon use efficiency of manure in arable land across different regions of China

区域 Region 试验点
Experimental sites 有机物料利用效率 (%)
Carbon use efficiency of manure 平均 (%)
Average 西北 Northwest 7 23.1～27.9 25.7 东北 Northeast 5 19～25 22.0 华北 North 13 8.6～18.8 13.3 南方水田 South paddy 11 7.9～13.9 10.8 南方旱地 South dryland 6 8.6～14.2 9.9 全国 Whole China 42 7.9～27.9 16.3

土壤有机碳(SOC)含量与作物产量之间的关系为，随着土壤有机碳含量的增加，作物产量呈现先增加后持平的特征。土壤有机碳对作物产量的贡献存在明显的阈值[31−32]。我国农田现有地力水平下，有机碳提升1 t/hm2，可以提高产量2.7～7.3 kg/hm2。此外，在西北、华北和南方地区，作物的产量变异性与土壤有机碳库之间存在明显的相关性，随着土壤有机碳库的增加，作物的产量变异性呈显著的指数下降，有机碳提升1 t/hm2，产量稳产性可以提高3%～5%。可见，如何合理进行耕地质量提升与健康土壤的培育，以合理的有机物料投入达到有机碳乃至土壤健康的适宜值，长期定位试验可提供关键参数。

2.5 南方土壤pH演变特征

土壤酸化是我国南方农田退化的主要形式，是我国南方农田土壤健康的主要问题，通常用pH变化来表征。土壤pH的变化直接影响土壤营养元素的有效性，进而影响土壤肥力和土壤健康状况。近年来，我国农田快速酸化，1980—2000年20年间红壤农田pH平均下降0.5个单位，下降速率是自然条件下上万倍[33]。基于湖南祁阳红壤长期定位试验的结果表明，不合理施肥尤其是氮肥会加速土壤酸化，每季作物施用N 150 kg/hm2，12年后，土壤pH从5.7降低到4.2，成为不毛之地[34−35]。

土壤pH的降低与作物产量的降低有显著的正相关关系。土壤pH降低导致铝等对作物有害元素活性增加，钙、镁等营养元素含量和活性降低，从而引起作物产量的降低[36]。长期定位试验发现，化肥配施有机肥可以有效阻控酸化。有机肥中含有的碱性物质释放，有机氮替代化肥氮降低硝化作用，进而减少硝态氮和氢离子产生量，以及增加C/N值降低土壤硝态氮含量和增加氢离子消耗，是有机物料阻控土壤酸化的基本机理[37−38]。化肥配施有机肥可以获得持续高产，是酸性红壤健康状态改善和农业可持续发展的技术措施。

2.6 土壤生物多样性演变与耕地质量

土壤生物多样性是土壤健康的重要指标，在维持土壤生态系统的稳定性和功能方面起着至关重要的作用[39]。以湖南祁阳红壤长期定位试验为例，不同施肥下的农田杂草差异显著。长期施肥引起土壤酸化，严重降低杂草的物种数，改变优势种类，适应酸化的杂草种类为马唐草，酸化敏感的杂草种类为金色狗尾草和酢浆草，酸化显著改变了杂草物种数和优势种类型。在酸化土壤中加入石灰，改良土壤酸度，显著提高杂草丰富度和多样性。

土壤微生物是生态系统中的重要组成部分，可加速有机质的分解与转化，改变养分循环及作物对土壤养分的吸收利用，是土壤健康的重要指标。长期施肥改变微生物所生活的土壤环境，从而改变微生物群落的多样性，进而影响其对环境的适应性及其介导的有机质矿化和养分循环。对长期施肥下黑土、潮土和红壤中的细菌群落结构观测分析，发现化肥配施有机肥可显著增加土壤中细菌的数量，提高土壤细菌多样性(表3)。与不施肥和单施化肥相比，施有机肥土壤细菌拷贝数在黑土、潮土和红壤上分别提高了1～4倍、9倍和5.6%～15.9%。与单施化肥相比，有机无机肥配施后在黑土和红壤中细菌拷贝数分别提高了8%和26%，在潮土中没有显著变化。进一步对细菌群落组分的研究发现，Acidobacteria-Gp6 和 Planctomycete在3种土壤上均对有机肥响应显著，且在共线性网络中起到关键作用。细菌的关键类群可通过调控土壤中有机质及硝态氮的含量，进而影响作物产量[40]。长期施肥下土壤理化性质和微生物群落结构的协同演变特征分析表明，土壤pH是决定微生物多样性及群落结构的重要因子，土壤硝化微生物丰富度与土壤pH呈负相关关系。因此，深入挖掘土壤硝化作用机制有助于理解土壤酸化过程，也可为调控土壤酸化、培育健康土壤提供帮助[41]。

表 3 长期不同施肥下土壤细菌群落的丰富度与多样性(Shannon指数)

Table 3. The abundance and diversity (Shannon index) of bacteria in soil after long-term fertilization

指标 Index 黑土 Phaeozem 潮土 Cambisol 红壤 Acrisol CK NPK NPKM M CK NPK NPKM M CK NPK NPKM M 丰富度 Gene copies
(×108 copies/g, soil) 2.28 c 1.64 c 4.46 b 8.53 a 2.96 c 2.98 c 34.9 a 21.8 b 9.60 c 8.96 d 10.1 b 10.4 a α多样性指数
α-Diversity index 6.34 a 5.53 c 5.98 b 6.48 a 6.44 a 6.43 a 6.44 a 6.55 a 5.87 b 4.91 c 6.31 a 4.24 d 注：CK—不施肥；NPK—施用氮磷钾化肥；NPKM—施用氮磷钾化肥和有机肥；M—施用有机肥。同行数据数据后不同小写字母表示同一土壤类型不同处理间在5%水平差异显著。
Note: CK—No fertilizer control; NPK—Chemical nitrogen, phosphorus and potassium fertilizer; NPKM—Chemical nitrogen, phosphorus and potassium fertilizer combined with organic fertilizer; M—Organic fertilizer. Values followed by different lowercase letters in the same row indicate significant difference among treatments of the same soil type at 5% level.

3. 基于长期定位试验的土壤健康研究展望

3.1 基于长期定位试验建立因地适宜的土壤健康指标及评价体系

土壤健康指标是各项复杂因素的综合结果，很难建立一套适用于所有土壤类型、气候条件和作物类型等的土壤健康指标及评价体系。因此，可基于长期定位试验累积的气候数据、作物信息和土壤属性等资料，构建土壤健康评价静态和动态指标数据库，建立基于气候类型、土壤类型、作物类型、管理方式等的评价层级指标体系，并因地确立土壤健康指标及其阈值。这些工作有助于进一步完善我国土壤健康指标和评价体系，便于针对性地进行土壤健康评价及因地制宜地提出健康培育技术，为实现全球土壤“大健康”和可持续发展提供科学依据。

3.2 深入解析基于长期不同管理措施下土壤健康演变的规律和驱动机制

研究长期施肥下土壤物理、化学和生物学特性指标的变化情况，分析土壤各指标之间的关联性及其与作物产量的相关性，可以全面了解土壤健康演变特征，以制定适宜的培肥技术和培育健康土壤。基于新兴原位监测技术和先进的评价方法，采用高通量测序、宏基因组学等技术，深入分析长期定位试验下土壤生物网络对土壤肥力与土壤健康的关键驱动机制。这些研究有助于深刻理解管理措施、土壤过程等驱动土壤健康变化的机制，为土壤健康培育提供坚实的科学依据。

3.3 建立长期定位试验−健康土壤培育技术研发核心平台

我国农田长期定位试验网络为土壤健康研究和构建提供了宝贵的平台。因为这些长期定位试验网络可以：1)全方位支持土壤健康时空变化研究，我国农田长期定位试验网络具有土壤类型和种植制度多样、时间跨度大、空间分布广的特点，可以提供多点位不同健康程度的土壤(不同障碍、不同肥力水平的土壤)，为土壤健康研发提供坚实的基础。2)基于大量系统的数据支持健康指标及评价体系构建，52个长期定位试验30年以上系统的历史数据，提供了不同健康土壤的多种物理、化学和生物学指标，以及相应的作物产量数据，这些数据可以良好用于构建土壤健康指标及其评价体系。3)进行典型案例研究，每个长期定位试验都是一个完整的案例，具有时间和空间上完整的数据和土壤健康状态，通过对每个长期定位试验的深入分析，可以揭示不同管理措施和土壤条件下的健康土壤状态及其培育最佳实践方案。4)进行驱动因素分析及培育技术集成应用，基于长期定位试验的系列数据，深入探究土壤健康及其指标的演变规律，解析健康土壤变化的驱动因素，从而提出健康土壤培育的技术模式。总之，构建长期定位试验−健康土壤研发的平台，推动土壤健康构建和耕地质量的提升，促进农业可持续发展，贡献国家粮食安全和生态安全。