張維理，Kolbe H，張認(rèn)連，張定祥，白占國，張晶，師華定

1中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，中國北京 100081；2德國撒克森州立農(nóng)業(yè)科學(xué)院，D-01683, 德國；3中國國土勘測(cè)規(guī)劃院，中國北京 100035；4荷蘭世界土壤信息中心，6700 AJ, 荷蘭瓦格寧根；5中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所，中國北京 100081；6生態(tài)環(huán)境部土壤與農(nóng)業(yè)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境監(jiān)管技術(shù)中心，中國北京100012

0 引言

萬物土中生。土壤是陸地生命過程的基礎(chǔ)，是人類賴以生存的基本資源。土壤調(diào)查是了解土壤資源與質(zhì)量狀況的基本方法，也是人類科學(xué)利用土壤資源，進(jìn)行耕地保護(hù)和保育，提高農(nóng)田生產(chǎn)力，了解土壤和環(huán)境過程的基本方法。中國早在公元前 1 000 多年前就進(jìn)行過土壤調(diào)查。在《尚書·禹貢篇》《周禮》《管子·地員篇》《汜勝之書》《齊民要術(shù)》中，已有關(guān)于土壤調(diào)查的總結(jié)和記載。世界各國具有現(xiàn)代科學(xué)意義的土壤調(diào)查始于19世紀(jì)末。自1883年俄國土壤科學(xué)家Dokuchaev提出土壤發(fā)生分類學(xué)以來，世界各國先后在全國范圍開展了土壤調(diào)查。中國、歐美各國、日本、澳大利亞等已于20世紀(jì)完成了全國性的土壤分類調(diào)查和土壤圖編制。農(nóng)田土壤是最重要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料，為科學(xué)管理和利用農(nóng)田，人均耕地資源緊缺的德國、奧地利等歐洲國家，20世紀(jì)中葉以來在全國范圍實(shí)施了包括耕地和草地在內(nèi)的農(nóng)田土壤基礎(chǔ)地力調(diào)查與評(píng)價(jià)。20世紀(jì)末以來，中國結(jié)合國土資源調(diào)查，也在推動(dòng)農(nóng)用地分等定級(jí)調(diào)查與評(píng)價(jià)。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著全球性經(jīng)濟(jì)和人口快速增長導(dǎo)致的氣候變化、糧食安全和環(huán)境污染危機(jī)，各國土壤調(diào)查的目標(biāo)和內(nèi)容發(fā)生了變化，從土壤的資源調(diào)查更多轉(zhuǎn)向土壤功能調(diào)查。如中國自2005年以來實(shí)施了全國土壤污染調(diào)查、全國農(nóng)田土壤養(yǎng)分調(diào)查，歐美一些國家在近年間也先后開展了土壤污染調(diào)查、土壤碳儲(chǔ)量調(diào)查、土壤微生物性狀等方面的調(diào)查。

全國或大區(qū)域范圍的土壤調(diào)查能提供各地土壤資源與質(zhì)量狀況的詳盡信息，但調(diào)查覆蓋范圍大，需要進(jìn)行大樣本量的野外觀測(cè)、地面采樣和分析化驗(yàn)，需要投入的人員和資金多，完成全域調(diào)查所需時(shí)間長。例如，美國在分縣實(shí)施全域覆蓋的土壤分類調(diào)查中，最早開始的縣完成于1899年，而一些較晚開始調(diào)查的縣則完成于 2005年，整個(gè)調(diào)查延續(xù)了一個(gè)世紀(jì)。德國盡管疆域較小，但實(shí)施的農(nóng)田土壤地力調(diào)查與評(píng)價(jià)，采樣密度大，全國共采集、分析了約1 000萬個(gè)農(nóng)田土壤剖面樣本，該項(xiàng)調(diào)查始于1934年，延續(xù)至今，在采樣調(diào)查高峰期，參與人員達(dá)上萬人，這項(xiàng)調(diào)查不僅耗資巨大，覆蓋時(shí)段也近一個(gè)世紀(jì)。中國在20世紀(jì)80年代進(jìn)行的全國第二次土壤普查（以下簡稱二普）中，采樣、觀測(cè)的土壤剖面樣本量達(dá)到550萬個(gè)，在地面調(diào)查采樣高峰期，參與人員達(dá)到20萬。而對(duì)二普完成全國分縣大比例尺土壤圖和剖面觀測(cè)記錄的數(shù)字化整合也才剛剛完成，從調(diào)查采樣到最終完成覆蓋全域高精度土壤圖的數(shù)據(jù)整合，持續(xù)時(shí)間也近半個(gè)世紀(jì)。德國于2008年啟動(dòng)的全國陸域有機(jī)碳儲(chǔ)量調(diào)查，采用網(wǎng)格化的米字型采樣法，全域3 104個(gè)采樣點(diǎn)，至今僅完成占陸域2/3的耕地和草地地面采樣和初步分析，林地尚未完成。那么，這些調(diào)查周期較長、耗資巨大的土壤調(diào)查結(jié)果的時(shí)效性究竟如何？是否需要更新調(diào)查？隨著科技進(jìn)步，土壤采樣調(diào)查方法、調(diào)查科目、調(diào)查結(jié)果的表達(dá)方法也在變化。例如各國20世紀(jì)90年代之前進(jìn)行的土壤調(diào)查均是在大比例尺地形圖上人工標(biāo)識(shí)采樣點(diǎn)和調(diào)查結(jié)果，由經(jīng)驗(yàn)豐富的土壤科學(xué)家依據(jù)土壤要素空間分布規(guī)律、土壤與相關(guān)要素空間相關(guān)性和依賴性規(guī)律，通過人工綜合判圖，手工完成土壤圖勾繪。而近年來，土壤調(diào)查已廣泛采用GPS定位技術(shù)和地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法。在這些時(shí)間跨度長的大調(diào)查中，前期和后期采用不同技術(shù)手段、方法完成的調(diào)查工作，能否相互銜接？應(yīng)當(dāng)怎樣銜接？

土壤作為一個(gè)生命過程活躍的載體，在較短年限中，一些土壤理化性狀會(huì)發(fā)生變化？例如，農(nóng)田耕層土壤有機(jī)碳含量的變化周期通常為 20—30年。受農(nóng)作措施影響，農(nóng)田土壤氮、磷、鉀等有效養(yǎng)分含量及土壤酸堿度在3—5年，甚至在當(dāng)年即可發(fā)生較大變化。實(shí)際上，20世紀(jì)中后期以來，為保證土壤調(diào)查結(jié)果的時(shí)效性，許多國家已將與科學(xué)施肥密切相關(guān)的、易變的、土壤化學(xué)性狀的采樣測(cè)試納入農(nóng)田養(yǎng)分管理和耕地保育技術(shù)體系。由各地技術(shù)支撐體系協(xié)助農(nóng)民，落實(shí)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)田塊進(jìn)行定期取樣，而不再將全國性的農(nóng)田土壤養(yǎng)分普查作為重點(diǎn)。那么，在這些國家，全國性的土壤調(diào)查與科學(xué)施肥和耕地保育所需的測(cè)土，如何分工和實(shí)施？調(diào)查方法、運(yùn)行機(jī)制各自有什么特點(diǎn)？中國人均耕地資源緊缺，而高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、適合現(xiàn)代化大農(nóng)機(jī)作業(yè)的耕地資源尤其緊缺。隨著城市、工業(yè)發(fā)展對(duì)城市周邊優(yōu)質(zhì)土地資源的占用，保護(hù)和保育耕地土壤資源，以有限耕地實(shí)現(xiàn)糧食安全，滿足社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)農(nóng)產(chǎn)品數(shù)量和質(zhì)量的雙重需求，是實(shí)現(xiàn)中國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展重要前提。為此，中華人民共和國成立以來歷屆中央政府對(duì)全國土壤調(diào)查工作高度重視，已于1958—1960和1978—1990年間，由國務(wù)院批準(zhǔn)，分別實(shí)施了全國第一次和第二次土壤普查，2022年又啟動(dòng)了第三次全國土壤普查在未來，隨著科技、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的繼續(xù)發(fā)展，中國也還會(huì)進(jìn)行新的土壤調(diào)查。

本文目的是通過回顧世界主要國家已經(jīng)完成和正在實(shí)施的全國性土壤調(diào)查的目標(biāo)、內(nèi)容、實(shí)施方式方法、調(diào)查結(jié)果應(yīng)用狀況，闡明土壤調(diào)查方法和全國性土壤調(diào)查的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，分析中國以往完成的土壤普查工作的成果特點(diǎn)，弄清這些成果與未來全國性土壤調(diào)查工作的關(guān)聯(lián)，厘清已經(jīng)完成的工作基礎(chǔ)和有待彌補(bǔ)的短板，以便更好發(fā)揮土壤調(diào)查方法的作用，提升中國耕地保護(hù)和保育科技水平，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 土壤調(diào)查的不同類型

土壤調(diào)查是通過野外觀測(cè)、土壤采樣和化驗(yàn)分析了解土壤資源與質(zhì)量性狀。對(duì)各國自19世紀(jì)末以來一個(gè)多世紀(jì)實(shí)施的土壤調(diào)查工作的總結(jié)表明，各國土壤調(diào)查工作按其目標(biāo)、內(nèi)容和產(chǎn)出可大致分為土壤分類調(diào)查、農(nóng)田土壤基礎(chǔ)地力調(diào)查與評(píng)價(jià)、科學(xué)施肥與耕地保育土壤采樣調(diào)查、土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查四大類型。

土壤分類調(diào)查指通過土壤剖面采樣和觀測(cè)，依據(jù)土壤發(fā)生分類學(xué)，將不同土壤進(jìn)行歸類和命名。土壤分類調(diào)查的主要產(chǎn)出是土壤圖和土壤剖面理化性狀表。因而，狹義上的土壤調(diào)查亦指土壤分類調(diào)查。分類調(diào)查的主要產(chǎn)出——土壤圖展現(xiàn)了各地不同土壤類型的分布狀況。而土壤類型名則概括表達(dá)了各類土壤的主要成土過程以及綜合性的典型特征。如黑土是指溫帶半濕潤草甸草原條件下形成的，具深厚腐殖質(zhì)層的土壤類型，土壤呈黑色，富含有機(jī)質(zhì)和各種養(yǎng)分；褐土是指在暖溫帶半濕潤區(qū)形成的，具有弱腐殖質(zhì)表層和黏化層土壤，土壤呈棕褐色，鹽基飽和度較高。一般而言，土壤類型歸為同類的土壤，其成土過程接近，土體構(gòu)造、理化性狀也比較接近。土壤分類名是土壤最基本的屬性之一，直接影響土壤生物和環(huán)境過程。在狹義的土壤調(diào)查中，調(diào)查更關(guān)注觀測(cè)和記載與成土過程相關(guān)的土壤理化性狀。

農(nóng)田土壤基礎(chǔ)地力調(diào)查與評(píng)價(jià)則是通過土壤采樣調(diào)查，對(duì)每個(gè)田塊的土壤基礎(chǔ)地力進(jìn)行等級(jí)評(píng)價(jià)，主要產(chǎn)出是每個(gè)地塊的地力等級(jí)值和該地塊的農(nóng)田土壤基礎(chǔ)地力理化性狀表。德國、奧地利等歐洲國家實(shí)施的農(nóng)田土壤地力調(diào)查與百分價(jià)評(píng)價(jià)、中國在國土資源調(diào)查中開展的農(nóng)用地分等定級(jí)工作均屬于此種類型。這類調(diào)查獲得的地力等級(jí)值通常簡單易懂，便于非土壤學(xué)專業(yè)人員乃至農(nóng)民使用。農(nóng)用地的基礎(chǔ)地力等級(jí)指標(biāo)在農(nóng)田管理與保護(hù)、土地交易、租賃、稅收、農(nóng)業(yè)補(bǔ)貼等多方面有大量應(yīng)用。由于農(nóng)田土壤基礎(chǔ)地力等級(jí)與作物產(chǎn)量關(guān)系密切，這一指標(biāo)在科學(xué)施肥、耕地保育和農(nóng)業(yè)環(huán)境技術(shù)政策實(shí)施中也有大量應(yīng)用。各國在農(nóng)田土壤地力調(diào)查與評(píng)價(jià)中，更側(cè)重于對(duì)土層厚度、土壤質(zhì)地、土體構(gòu)造、土壤持水性狀等土壤質(zhì)量穩(wěn)定性指標(biāo)的獲取和評(píng)價(jià)。

科學(xué)施肥和耕地保育所需土壤化學(xué)性狀的采樣調(diào)查。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，為進(jìn)行科學(xué)施肥和耕地保育，需要周期性地對(duì)一些特定土壤化學(xué)性狀進(jìn)行采樣調(diào)查。例如每年或每茬作物播前，通過測(cè)定土壤礦質(zhì)氮含量，確定當(dāng)季作物的氮肥施用量。每隔幾年通過對(duì)田塊的土壤采樣和土壤酸堿度、有效磷、有效鉀的測(cè)試，確定最佳的石灰用量和磷、鉀肥用量由此，科學(xué)施肥與耕地保育所需的、周期性土壤采樣調(diào)查已經(jīng)逐步成為現(xiàn)代農(nóng)技服務(wù)業(yè)的重要組成，而這類土壤采樣調(diào)查也以土壤化學(xué)性狀等土壤變化性要素為主。調(diào)查產(chǎn)出主要是地塊的施肥推薦和耕地保育建議。

以環(huán)境質(zhì)量為主題的土壤調(diào)查。20世紀(jì)末以來，隨著對(duì)水、土、氣環(huán)境污染，氣候變化，生物多樣性下降，農(nóng)產(chǎn)品污染等問題關(guān)注度的提升，各國陸續(xù)開展了以環(huán)境質(zhì)量為主題的土壤調(diào)查。這類調(diào)查主要指通過對(duì)土壤的采樣調(diào)查了解人類生產(chǎn)、生活方式引起的環(huán)境與農(nóng)產(chǎn)品污染、氣候變化、生物多樣性下降等問題。在地球的五大圈層中，土壤圈既比較穩(wěn)定，其生命過程亦十分活躍。通過土壤采樣調(diào)查，可為多研究領(lǐng)域提供線索，便于了解環(huán)境變化，了解人類生產(chǎn)、生活方式對(duì)環(huán)境的影響。這方面的土壤調(diào)查包括土壤重金屬、有機(jī)污染物調(diào)查，面源污染，土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量，生物多樣性變化等。這類調(diào)查既有重點(diǎn)區(qū)域，也有全國范圍的調(diào)查。在環(huán)境質(zhì)量主題的土壤調(diào)查中，隨關(guān)注問題和調(diào)查目標(biāo)的不同，采樣和調(diào)查方法差異較大。主要產(chǎn)出為專題圖和評(píng)價(jià)報(bào)告，供相關(guān)科研和管理部門了解和研究環(huán)境問題，制定環(huán)境政策參考和使用。

四類土壤調(diào)查的目標(biāo)、產(chǎn)出、采樣設(shè)計(jì)和主要調(diào)查科目列于表1。從表1可見，在不同類型的土壤調(diào)查中，由于調(diào)查目標(biāo)和產(chǎn)出不同，不僅調(diào)查科目不同，采樣布點(diǎn)原則、采樣密度和土壤采樣深度也各不相同。例如，農(nóng)田表層土壤水溶性磷含量與農(nóng)田磷流失量密

切相關(guān)，計(jì)算流域農(nóng)田面源污染貢獻(xiàn)率，采集和測(cè)定0—5 cm表層土壤水溶性磷含量即可；評(píng)價(jià)農(nóng)田土壤磷素供應(yīng)豐缺狀況，通常要測(cè)定0—20 cm耕層土壤有效磷含量；量化表征農(nóng)田土壤儲(chǔ)水性能，則需采集和測(cè)定0—100 cm剖面土壤分層樣本；計(jì)算土壤碳儲(chǔ)量，需要采集0—100 cm土層，甚至0—300 cm土層的分層土壤樣本。這使得某一類調(diào)查獲得的土壤樣本和調(diào)查結(jié)果不一定能覆蓋其他類別調(diào)查的特定需求。例如，由于調(diào)查目標(biāo)，采樣要求、調(diào)查和評(píng)價(jià)方法不同，以弄清土壤分類為主要目標(biāo)的土壤調(diào)查獲得的土壤樣本和測(cè)試結(jié)果，不能滿足科學(xué)施肥和耕地保育對(duì)農(nóng)田土壤理化性狀及相關(guān)指標(biāo)的需求，也難以替代田塊尺度的農(nóng)田土壤基礎(chǔ)地力調(diào)查與評(píng)價(jià)。

表1 不同類型土壤調(diào)查的目標(biāo)、產(chǎn)出、采樣設(shè)計(jì)和調(diào)查科目Table 1 Objectives, outputs, sampling designs and items investigated in different soil surveys

2 土壤分類調(diào)查

土壤發(fā)生分類學(xué)的建立推動(dòng)了各國以查清土壤發(fā)生類型及其分布特征為主要內(nèi)容的土壤調(diào)查。土壤發(fā)生分類的核心思想是根據(jù)土壤在氣候、生物、地形、母質(zhì)、時(shí)間五大成土因素影響下的形成過程及標(biāo)志性特征對(duì)土壤進(jìn)行分類和命名，以便人們識(shí)別不同類型、性質(zhì)的土壤。分類調(diào)查是各國近代最早進(jìn)行，也是在全球范圍最廣泛實(shí)施的土壤調(diào)查。

2.1 調(diào)查內(nèi)容、地面采樣與調(diào)查方法特征

不同土壤類型最典型的特征是成土過程所導(dǎo)致的土壤剖面差異，因而分類調(diào)查中，需要在調(diào)查區(qū)域內(nèi)，根據(jù)成土的地帶性特征，進(jìn)行野外觀測(cè)和剖面采樣，依據(jù)對(duì)0—100 cm以至更深土體各發(fā)生層段土壤的觀測(cè)、樣本采集和理化性狀測(cè)試，進(jìn)行土壤分類、命名。例如，按中國土壤分類系統(tǒng)，將南方多雨條件下、脫硅富鐵鋁風(fēng)化作用下形成的、具深厚紅色土層的土壤劃歸為紅壤土類。而內(nèi)蒙古高原、大同盆地等半干旱暖溫帶草原及灌木條件下，將弱黏化、弱淋溶作用生成的、具栗褐色土層的土壤劃歸為栗褐土土類。

分類調(diào)查地面采樣的布點(diǎn)原則是采樣點(diǎn)能區(qū)別出不同成土過程生成的各類土壤及其空間分布特征。對(duì)于平原區(qū)，當(dāng)較大區(qū)域內(nèi)成土因素一致時(shí)，不需要設(shè)置很多剖面觀測(cè)點(diǎn)，即可確定其土壤類型。而對(duì)于山區(qū)，因氣候、地形、植被等成土條件在小范圍內(nèi)變化很大，成土過程較平原地區(qū)復(fù)雜，要弄清不同土壤發(fā)生類型之間的邊界，需要設(shè)置更多的剖面采樣點(diǎn)。這可能導(dǎo)致在分類調(diào)查中，對(duì)平原區(qū)重要的耕作土壤只采集了較少的土壤剖面樣本，而對(duì)山區(qū)則采集相對(duì)較多的剖面樣本。

中國、歐美各國、日本、澳大利亞等全國性分類調(diào)查主要實(shí)施于20世紀(jì)，由于當(dāng)時(shí)尚缺少3S技術(shù)，分類調(diào)查通常是在大比例尺地形圖上標(biāo)識(shí)采樣點(diǎn)及土壤類型，通過人工綜合判圖，依據(jù)多點(diǎn)調(diào)查結(jié)果完成土壤圖繪制。依據(jù)上述方法，中國和世界主要發(fā)達(dá)國家在20世紀(jì)投入較大人力和物力，基本完成了全國范圍的土壤調(diào)查、大比例尺土壤圖繪制和典型剖面點(diǎn)數(shù)據(jù)。其中，美國分縣實(shí)施的土壤分類調(diào)查和土壤圖編制持續(xù)時(shí)間較長，最早的完成于 1899 年，而一些較晚的縣完成于 2005年。在較晚進(jìn)行土壤分類調(diào)查的縣，采用了 GPS定位技術(shù)、地統(tǒng)計(jì)學(xué)和模擬技術(shù)進(jìn)行土壤圖編制。美國在進(jìn)行全域土壤圖數(shù)字化時(shí)，對(duì)不同時(shí)段完成的土壤圖進(jìn)行了拼合，將較早完成的紙質(zhì)土壤圖進(jìn)行了矢量化，而對(duì)后期采用數(shù)字土壤制圖方法完成的分縣數(shù)字土壤圖，直接采用其數(shù)字產(chǎn)品。

分類調(diào)查中，在對(duì)土壤剖面各發(fā)生層段進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)記錄的同時(shí)，通常選擇各土類代表性剖面點(diǎn)，采集其各發(fā)生層的分層土壤樣本，對(duì)一些有助于確定分類的土壤理化性狀進(jìn)行分析化驗(yàn)，表1匯總了各國在分類調(diào)查中常見的土壤理化性狀分析科目。二普中，中國在全國采集了550萬個(gè)剖面觀測(cè)樣本，分縣完成了1∶5萬比例尺土壤圖的繪制，同時(shí)還完成了10 余萬個(gè)典型剖面的分層采樣、理化性狀測(cè)試和記錄。對(duì)二普完成土壤圖和典型剖面數(shù)據(jù)的地統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果表明，由于地面采樣量大，二普完成的大比例尺土壤圖和典型剖面數(shù)據(jù)反映的土壤要素空間分布特征，可靠性達(dá)極顯著水平。二普完成的土壤調(diào)查數(shù)據(jù)，是中國目前最詳盡的土壤資源基礎(chǔ)信息。其精度與土壤理化性狀科目豐富度超過許多發(fā)達(dá)國家土壤分類調(diào)查獲得的土壤質(zhì)量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.2 調(diào)查結(jié)果的現(xiàn)勢(shì)性與后續(xù)調(diào)查

土壤分類調(diào)查的主要產(chǎn)出是土壤圖。自然條件下的成土過程通常需要數(shù)萬年。僅個(gè)別因人為墾殖活動(dòng)生成的土類，如水稻土可在較短年限生成。受成土過程影響，土壤圖所展示的土壤類型及其分布狀況具有很長時(shí)效性，其 CRT值（土壤特性響應(yīng)時(shí)間，characteristic response time）達(dá)上千年，可長久使用。在土壤分類調(diào)查中，剖面調(diào)查的科目以同成土過程密切相關(guān)的穩(wěn)定性要素為主，如：成土母質(zhì)，剖面土體構(gòu)造，剖面土體各發(fā)生層的厚度、質(zhì)地類型、顏色，有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀含量，土壤硅鋁率、鐵鋁率等。典型剖面通常也含有一部分受人為措施或環(huán)境條件影響，在較短年限易發(fā)生變化的土壤屬性，如土壤容重、pH等，這些變化性要素的改變主要發(fā)生于剖面的表層土壤。

由于土壤分類調(diào)查以穩(wěn)定性土壤要素為主，而主要發(fā)達(dá)國家已于 20世紀(jì)完成了土壤分類調(diào)查和紙質(zhì)土壤圖的編繪，進(jìn)入21世紀(jì)，這些國家基本未再進(jìn)行過全國性的土壤分類調(diào)查，僅對(duì)尚未實(shí)施過分類調(diào)查的空白區(qū)進(jìn)行缺區(qū)補(bǔ)漏性質(zhì)的調(diào)查，工作重點(diǎn)轉(zhuǎn)入對(duì)已完成紙質(zhì)土壤圖和土壤剖面數(shù)據(jù)的數(shù)字化整合和建庫。中國目前已完成了對(duì)二普分縣紙質(zhì)1∶5萬土壤圖和土壤剖面資料的數(shù)字化整合，同時(shí)還完成了覆蓋全域1∶5萬比例尺土壤圖的全表達(dá)。

2.3 調(diào)查結(jié)果的應(yīng)用

各國土壤分類調(diào)查完成的土壤圖和土壤剖面理化性狀表主要用于科研、農(nóng)業(yè)和環(huán)境領(lǐng)域。例如，在氣候變化研究中，土壤圖和剖面分層土壤有機(jī)質(zhì)含量和容重為各國和全球陸域碳儲(chǔ)量估算和碳減排對(duì)策編制提供了重要依據(jù)。土壤發(fā)生類型還直接影響科學(xué)施肥和農(nóng)田土壤保育技術(shù)措施。在中歐國家，根據(jù)成土過程對(duì)農(nóng)田肥力的主要影響，通過對(duì)土壤分類系統(tǒng)的大幅度合并，抽提出極少幾個(gè)對(duì)施肥和耕地保育具重要影響的土壤發(fā)生過程，將其用于編制科學(xué)施肥和耕地保育分區(qū)、分類、量化技術(shù)指標(biāo)，促進(jìn)了分類調(diào)查成果為農(nóng)民應(yīng)用。例如源于山地薄層土的農(nóng)田土壤，因土層淺薄，土壤砂礫含量高，土壤保肥性能差，在產(chǎn)量預(yù)期相同條件下，每次施用氮、磷、鉀肥料和石灰的推薦量僅為其他類別土壤的40%—60%。

由于各國在土壤分類調(diào)查中完成的土壤剖面點(diǎn)理化性狀指標(biāo)豐富、數(shù)據(jù)量大、覆蓋全域、其分析方法比較一致，這些剖面數(shù)據(jù)廣泛用于研究土壤與環(huán)境過程。

2.4 存在問題

各國土壤分類調(diào)查分別實(shí)施。不同國家和地區(qū)所處氣候帶不同，成土過程不同，擁有的土壤資源類型和人均土壤資源量不同，經(jīng)濟(jì)與科技發(fā)展水平不同，語言習(xí)慣不同，采用的分類原則、命名規(guī)則、地面采樣密度不相一致，調(diào)查目標(biāo)也有一定差異，最終形成的土壤分類系統(tǒng)也各不相同。例如，與美國相鄰的加拿大就未采用美國的6層級(jí)土壤分類體系架構(gòu)，而是采用了5層級(jí)分類體系；前東德和西德則分別建立了兩套土壤分類系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)層級(jí)架構(gòu)、各層級(jí)涵義和邊界也有一定差別。這造成各國，甚至一個(gè)國家內(nèi)土壤分類調(diào)查結(jié)果不便進(jìn)行交流和共享。1992年以來國際土壤學(xué)會(huì)世界土壤資源參比基礎(chǔ)（world reference base for soil resources）工作組一直試圖建立一套世界土壤資源參比系統(tǒng)，以便不同國家土壤類型與土壤資源信息之間能夠進(jìn)行比較和信息共享，但這方面進(jìn)展并不順利。由于對(duì)分類系統(tǒng)的調(diào)整將導(dǎo)致各國國內(nèi)各行業(yè)都需要重新學(xué)習(xí)和適應(yīng)新的土壤名稱，而各國土壤分類系統(tǒng)之間的不一致并不影響土壤調(diào)查成果在本國或本地區(qū)內(nèi)的應(yīng)用；因而至今尚無一個(gè)發(fā)達(dá)國家為了與國際一致，或?yàn)榱私y(tǒng)一土壤科學(xué)家在土壤分類認(rèn)定上的區(qū)別，重新進(jìn)行全國性的土壤調(diào)查。例如，盡管東、西德合并已40年，現(xiàn)在仍是兩套系統(tǒng)并用，涉及到東德地區(qū)土壤使用原東德分類系統(tǒng)，涉及到西德地區(qū)土壤使用原西德分類系統(tǒng)。為促進(jìn)國際交流，各國更趨向?qū)⒈緡F(xiàn)有土壤分類系統(tǒng)與WRB關(guān)聯(lián)。史學(xué)正通過剖面比對(duì)建立了中國各土類與WRB土組的關(guān)聯(lián)。

如前所述，各國土壤分類調(diào)查的主要產(chǎn)出是土壤圖和土壤剖面數(shù)據(jù)表，土壤圖主要含土壤類型名及其空間分布特征，而土壤剖面數(shù)據(jù)表則既含土壤類型名，還含剖面各分層理化性狀。每個(gè)采自特定點(diǎn)位的土壤剖面，雖能反映某一類土壤成土過程的典型特征，但將土壤分類調(diào)查所獲剖面點(diǎn)理化性狀通過土類掛接，直接作為土壤圖數(shù)據(jù)的屬性應(yīng)用，將導(dǎo)致較大的誤差。因而，雖然源于相同調(diào)查，要了解剖面數(shù)據(jù)所含土壤理化性狀，如土壤有機(jī)質(zhì)、pH、全氮、全磷含量的空間分布特征，需要利用采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行各自獨(dú)立的地統(tǒng)計(jì)建模和專題圖制圖。

3 農(nóng)田土壤基礎(chǔ)地力調(diào)查與評(píng)價(jià)

精細(xì)的土壤分類調(diào)查所完成的大比例尺土壤圖，盡管能反映由成土過程差異導(dǎo)致的各地在土壤資源與質(zhì)量上的區(qū)別，但這種區(qū)別是用復(fù)雜的、多層級(jí)土壤分類系統(tǒng)和數(shù)量龐大土壤類型名表達(dá)。例如中國和美國分類系統(tǒng)僅在亞類一級(jí)已經(jīng)達(dá)數(shù)百個(gè)，德國分類系統(tǒng)在土種一級(jí)診斷指標(biāo)達(dá)40項(xiàng)，從高級(jí)分類到土屬（土族）、土種（土系）等低級(jí)分類達(dá)上萬個(gè)組合，這使得其他行業(yè)，包括非土壤分類學(xué)專業(yè)的土壤科技工作者很難將龐大的分類學(xué)名詞解譯為更便于理解和應(yīng)用的土壤質(zhì)量指標(biāo)。造成各國投入大量人力、物力完成的土壤圖難以為農(nóng)業(yè)、土地、環(huán)境等行業(yè)的人員直接應(yīng)用。與此同時(shí)，土地管理部門、農(nóng)民和企業(yè)在進(jìn)行農(nóng)田土壤資源管理和生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)時(shí)，迫切需要更方便、好懂的農(nóng)田土壤質(zhì)量分類指標(biāo)。在人均耕地資源緊缺的德國、奧地利等歐洲國家，為保護(hù)耕地，特別是保護(hù)優(yōu)質(zhì)耕地不被占用，同時(shí)也便于按照農(nóng)田土壤肥力等級(jí)進(jìn)行農(nóng)田租賃、交易、農(nóng)業(yè)稅收、補(bǔ)貼、借貸、保險(xiǎn)、耕地保育等，自20世紀(jì)中葉以來投入大量人力和物力在全國范圍內(nèi)進(jìn)行農(nóng)田土壤基礎(chǔ)地力調(diào)查與評(píng)價(jià)。為推動(dòng)這一工作的實(shí)施，這些國家多次發(fā)布了相關(guān)法律和法規(guī)文件。

3.1 調(diào)查內(nèi)容、地面采樣與調(diào)查方法特征

德國、奧地利等中歐國家農(nóng)田土壤地力調(diào)查與評(píng)價(jià)的主要目的，是為每個(gè)田塊的基礎(chǔ)地力等級(jí)給出簡明易懂、具有官方認(rèn)證性質(zhì)的土壤肥力等級(jí)值。德國采用了容易為農(nóng)民和管理部門應(yīng)用的農(nóng)田土壤百分價(jià)指標(biāo)。農(nóng)田土壤百分價(jià)用來表示農(nóng)田土壤本身能達(dá)到的自然生產(chǎn)力。土壤百分價(jià)等級(jí)之間的差別僅取決于土壤的自然生產(chǎn)力等級(jí)，與施肥、灌溉等農(nóng)作措施無關(guān)。100分為基礎(chǔ)地力等級(jí)最高，40分以下已不適合用作耕地。農(nóng)田土壤百分價(jià)評(píng)價(jià)包括耕地與草地兩大類型，前者稱為耕地土壤百分價(jià)，后者稱為草地土壤百分價(jià)。

為獲得每個(gè)田塊的土壤百分價(jià)等級(jí)值，地面采樣調(diào)查的主要科目為影響農(nóng)田基礎(chǔ)地力的土壤穩(wěn)定性要素，包括：土層厚度、剖面土體分層質(zhì)地類型、有機(jī)質(zhì)累積等級(jí)、石灰含量、土體構(gòu)造、對(duì)農(nóng)田基礎(chǔ)地力有重大影響的成土類型、土壤結(jié)構(gòu)等。這里，對(duì)農(nóng)田基礎(chǔ)地力有重大影響的成土類型是指將德國目前五層級(jí)土壤分類系統(tǒng)（土門、土級(jí)、土類、亞綱和土種）中的近萬個(gè)分類組合名融合為5種土壤類型名，用以分辨對(duì)農(nóng)田土壤基礎(chǔ)地力影響最大的5種主要成土過程。

德國用于放牧或牧草生產(chǎn)的草地，其土壤條件通常劣于耕地土壤，草地的自然產(chǎn)草量等級(jí)受水、熱、光照等氣候條件和土壤持水條件影響較大。低溫，光照不足，長期淹水或干旱條件，草場(chǎng)自然產(chǎn)草量將較低，因而在草地地力評(píng)價(jià)時(shí)，將氣候條件類型和土壤常年水分條件等級(jí)納入評(píng)價(jià)中。

為獲得每個(gè)田塊的土壤百分價(jià)等級(jí)值，按調(diào)查和評(píng)價(jià)規(guī)程，要求以50 m網(wǎng)格尺度為地面采樣調(diào)查基礎(chǔ)單元，每個(gè)具有獨(dú)立地籍編碼的田塊至少要布設(shè)一個(gè)剖面采樣點(diǎn)，當(dāng)田塊面積較大時(shí)，需要布設(shè)多個(gè)剖面采樣點(diǎn)。調(diào)查中，德國共挖取了約 1 000萬個(gè)0—100 cm的農(nóng)田土壤剖面，對(duì)每個(gè)剖面進(jìn)行了分層采樣、觀測(cè)和化驗(yàn)。按照全國統(tǒng)一的地力綜合評(píng)價(jià)規(guī)范，依據(jù)土壤剖面的采樣分析結(jié)果，給出每個(gè)田塊的耕地或草地土壤百分價(jià)等級(jí)值，并在具有官方認(rèn)證性質(zhì)的農(nóng)田地籍登記冊(cè)中記錄該田塊的農(nóng)田百分價(jià)等級(jí)值，同時(shí)在1∶5 000比例尺的田塊圖上標(biāo)識(shí)每個(gè)田塊上采集的1或多個(gè)土壤剖面點(diǎn)的點(diǎn)位，對(duì)調(diào)查所獲土壤剖面點(diǎn)理化性狀進(jìn)行造冊(cè)登記。

由于要對(duì)每個(gè)田塊進(jìn)行采樣、調(diào)查和評(píng)價(jià)，地面采樣量大，這項(xiàng)調(diào)查投入了巨大人力、物力。在采樣調(diào)查高峰期，參與地面調(diào)查的技術(shù)人員達(dá)上萬人。自1934年始直至20世紀(jì)60年代中期，本項(xiàng)調(diào)查的主體工作基本完成。

3.2 調(diào)查結(jié)果的現(xiàn)勢(shì)性與后續(xù)調(diào)查

農(nóng)田土壤基礎(chǔ)地力調(diào)查的主要內(nèi)容是每個(gè)田塊能達(dá)到的自然生產(chǎn)力等級(jí)——農(nóng)田土壤百分價(jià)，以及每個(gè)田塊剖面的土層厚度、剖面土體分層質(zhì)地類型、有機(jī)質(zhì)累積等級(jí)、石灰含量、土體構(gòu)造、對(duì)農(nóng)田基礎(chǔ)地力有重大影響的成土類型、土壤結(jié)構(gòu)等影響農(nóng)田基礎(chǔ)地力的土壤穩(wěn)定性要素，這些指標(biāo)在較長年限中變化較小，該項(xiàng)調(diào)查結(jié)果具有很長時(shí)效性。

盡管該調(diào)查以土壤穩(wěn)定性肥力質(zhì)量要素為主，受土地利用變化影響，例如將荒地或草地改為耕地，通過礦區(qū)復(fù)墾獲得新的農(nóng)田，或土地權(quán)屬發(fā)生變化，仍需要對(duì)有變化的地塊進(jìn)行新的調(diào)查和造冊(cè)登記。在一些特殊地貌、地形條件下，受水土流失影響，當(dāng)農(nóng)田土壤土體構(gòu)造、質(zhì)地等物理性狀發(fā)生較大變化時(shí)，也需要對(duì)有變化的少量區(qū)域進(jìn)行更新調(diào)查。在德國，這項(xiàng)調(diào)查的結(jié)果（包括含剖面采樣點(diǎn)標(biāo)識(shí)的田塊圖、該田塊的農(nóng)田百分價(jià)和土壤剖面理化性狀表）分別存放于地籍管理部門和稅務(wù)部門，供各行業(yè)及公眾查詢、調(diào)用；后續(xù)更新調(diào)查也由地籍管理部門和稅務(wù)部門共同負(fù)責(zé)實(shí)施。為此，德國各區(qū)、縣地籍管理和稅務(wù)部門均設(shè)置了農(nóng)田土壤地力調(diào)查與評(píng)價(jià)業(yè)務(wù)部門，由其負(fù)責(zé)實(shí)施少量的更新調(diào)查。地籍管理部門負(fù)責(zé)測(cè)量及核實(shí)地界，稅務(wù)部門負(fù)責(zé)調(diào)查及核查農(nóng)田土壤質(zhì)量。當(dāng)有較大規(guī)模補(bǔ)充調(diào)查任務(wù)時(shí)，也由這些部門負(fù)責(zé)組織、協(xié)調(diào)和落實(shí)相關(guān)調(diào)查。

該項(xiàng)調(diào)查產(chǎn)生的1∶5 000比例尺的田塊圖件、田塊土壤剖面圖表文檔量龐大，許多州至今仍未完成對(duì)調(diào)查生成紙質(zhì)圖件的矢量化。主要采用文檔管理方式，通過地塊編碼，將紙質(zhì)地塊圖件編碼與紙質(zhì)田塊土壤剖面理化性狀文檔編碼關(guān)聯(lián)，農(nóng)民和各行業(yè)用戶能從地籍管理和稅務(wù)部門方便的查詢、調(diào)用和復(fù)印每個(gè)地塊的邊界、農(nóng)田質(zhì)量評(píng)級(jí)和土壤剖面基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3.3 調(diào)查結(jié)果的應(yīng)用

中歐國家農(nóng)田土壤地力調(diào)查與評(píng)價(jià)結(jié)果自 20世紀(jì)啟用至今，廣泛用于土地管理、農(nóng)業(yè)稅收、農(nóng)業(yè)補(bǔ)貼、農(nóng)田租賃、交易、借貸、保險(xiǎn)、耕地保育等業(yè)務(wù)。土地管理部門在建設(shè)用地審批中，根據(jù)耕地土壤百分價(jià)控制優(yōu)質(zhì)耕地不被占用。在確定農(nóng)田租賃、農(nóng)田交易費(fèi)用，或按農(nóng)場(chǎng)經(jīng)營面積確定農(nóng)業(yè)稅收和農(nóng)業(yè)補(bǔ)貼額度時(shí)，也可方便地按下式折算為農(nóng)田總值。當(dāng)一個(gè)農(nóng)場(chǎng)需要租賃多個(gè)地塊，可按各地塊的面積和土壤百分價(jià)累加計(jì)算其總值。

這里需要提及的是，為了保護(hù)農(nóng)業(yè)和保護(hù)農(nóng)民，中歐國家對(duì)農(nóng)田的賦稅較低，通常每公頃耕地僅幾十歐元，且需由土地所有者而不是租賃農(nóng)田的農(nóng)民賦稅。農(nóng)業(yè)補(bǔ)貼額度則較高，通常每公頃耕地?cái)?shù)百歐元，由實(shí)際種植農(nóng)田的農(nóng)民而不是土地所有者領(lǐng)取。

中歐國家農(nóng)田土壤地力調(diào)查與評(píng)價(jià)不僅完成了每個(gè)田塊的百分價(jià)評(píng)價(jià)，更重要的是通過剖面采樣調(diào)查，為每個(gè)田塊建立了包括土層厚度、剖面土體分層質(zhì)地類型、有機(jī)質(zhì)累積等級(jí)、石灰含量、土體構(gòu)造、對(duì)農(nóng)田基礎(chǔ)地力有重大影響的成土類型等土壤穩(wěn)定性肥力要素的基礎(chǔ)信息檔案。這些基于土壤調(diào)查的、田塊尺度土壤質(zhì)量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為農(nóng)民進(jìn)行科學(xué)施肥，選擇適合的輪作、農(nóng)業(yè)機(jī)械和灌溉設(shè)施提供了依據(jù)，在耕地保護(hù)、保育和糧食安全多方面發(fā)揮作用。每個(gè)農(nóng)田的田塊圖、農(nóng)田土壤百分價(jià)值連同田塊土壤剖面理化性狀表，對(duì)各業(yè)界影響巨大，成為這些國家百年農(nóng)田土壤質(zhì)量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3.4 存在問題

在全國范圍進(jìn)行每個(gè)地塊的農(nóng)田土壤基礎(chǔ)地力調(diào)查，主要困難是需要較高密度的土壤剖面采樣和綜合評(píng)價(jià)，投入的人力、物力大。中歐國家也是在20世紀(jì)中葉，在人力資源成本較低時(shí)，作為一項(xiàng)由國家投資的公益性工作，通過聯(lián)邦和各州農(nóng)業(yè)、科技、農(nóng)技推廣、土地管理、稅務(wù)等多部門專業(yè)力量的協(xié)作，共同完成了地面采樣調(diào)查和評(píng)價(jià)工作。

中國20世紀(jì)末以來，結(jié)合國土資源調(diào)查工作，也在推動(dòng)農(nóng)用地分等定級(jí)工作，但這項(xiàng)工作主要集中于農(nóng)用地質(zhì)量、價(jià)格調(diào)查與評(píng)價(jià)的理論體系和技術(shù)框架構(gòu)建，尚未見大規(guī)模地面采樣和調(diào)查。中國以往實(shí)施的全國性土壤調(diào)查，以土壤分類調(diào)查和農(nóng)田土壤養(yǎng)分調(diào)查為主，分類調(diào)查中的土壤剖面采樣設(shè)計(jì)，包括布點(diǎn)原則和調(diào)查采樣密度與農(nóng)田地力調(diào)查與評(píng)價(jià)差別較大（表1），調(diào)查結(jié)果難以滿足為每個(gè)田塊建立一套土壤肥力基礎(chǔ)信息底檔的需求。為對(duì)農(nóng)田按其質(zhì)量進(jìn)行等級(jí)劃分，中國先后于2012年和2016年由國土資源管理部門和農(nóng)業(yè)部門牽頭發(fā)布了農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程與耕地質(zhì)量等級(jí)兩個(gè)國標(biāo)。在兩個(gè)國標(biāo)中，對(duì)農(nóng)田等級(jí)的調(diào)查與評(píng)定方法、分級(jí)指標(biāo)和工作流程并不一致。

中國目前土地（含農(nóng)用地）詳查與土壤調(diào)查分別實(shí)施，地籍管理中農(nóng)田田塊地籍碼的缺失，農(nóng)田土壤質(zhì)量信息的缺失，使中國至今難以對(duì)耕地進(jìn)行數(shù)量和質(zhì)量的合并管理，造成盡管耕地總面積不減，但城市周邊土壤肥沃、土層深厚、灌溉條件好的農(nóng)田不斷被城市和工業(yè)發(fā)展占用，而田塊破碎、土層較淺、沒有水利灌溉配套設(shè)施、大農(nóng)機(jī)作業(yè)困難的山地農(nóng)田則保留下來。其結(jié)果是優(yōu)質(zhì)耕地被占用，劣質(zhì)農(nóng)田進(jìn)入1.2億公頃（18億畝）紅線。這不僅極大影響中國糧食安全，也極大阻礙中國實(shí)現(xiàn)科學(xué)、精準(zhǔn)的農(nóng)業(yè)補(bǔ)貼和農(nóng)業(yè)環(huán)境補(bǔ)貼，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

根據(jù)FAO發(fā)布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2017—2019年間中國、德國、法國、美國、澳大利亞人均可耕地面積分別為0.08、0.14、0.28、0.48和1.25 hm，中國人均耕地較中歐國家更少。中國目前已進(jìn)入人力成本較高發(fā)展階段，很難采用20世紀(jì)中葉流行的大樣本量地面剖面采樣方法，對(duì)每個(gè)農(nóng)田地塊進(jìn)行高密度采樣和基礎(chǔ)地力評(píng)估。與此同時(shí)，中國土地所有制、管理體制與發(fā)達(dá)國家不同，探索與中國耕地保護(hù)和管理方式相適應(yīng)的農(nóng)田土壤地力調(diào)查與評(píng)價(jià)方法、運(yùn)行機(jī)制，為每個(gè)田塊建立精準(zhǔn)、可靠、科學(xué)、可長期使用的地力基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)中國實(shí)現(xiàn)糧食安全、環(huán)境安全和可持續(xù)發(fā)展十分重要和緊迫。

4 科學(xué)施肥與耕地保育所需農(nóng)田土壤化學(xué)性狀調(diào)查

如前所述，無論是土壤分類調(diào)查，還是農(nóng)田土壤基礎(chǔ)地力調(diào)查，主要是對(duì)土壤穩(wěn)定性要素的調(diào)查與評(píng)價(jià)。但土壤中的一些性狀，如耕層土壤有效養(yǎng)分含量、酸堿度等土壤化學(xué)性狀，不僅在自然條件下變化較快，在耕作和施肥措施影響下，當(dāng)年即可能發(fā)生較大變化。這些土壤質(zhì)量性狀亦稱之為土壤變化性要素。要實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)，避免過度施肥引起的經(jīng)濟(jì)效益下降和環(huán)境問題，需要對(duì)農(nóng)田土壤化學(xué)性狀進(jìn)行周期性測(cè)定，并根據(jù)測(cè)定結(jié)果，確定最佳的施肥量和石灰等土壤調(diào)理劑用量，以使農(nóng)田土壤各種養(yǎng)分協(xié)調(diào)供應(yīng)，在獲得高產(chǎn)的同時(shí)，維持并不斷提升土壤肥力，由此產(chǎn)生為實(shí)施科學(xué)施肥和耕地保育而進(jìn)行的土壤采樣和調(diào)查。

4.1 主要研究與工作內(nèi)容

對(duì)各國相關(guān)工作的總結(jié)表明，使科學(xué)施肥技術(shù)落實(shí)到每個(gè)農(nóng)戶和田塊的關(guān)鍵不是進(jìn)行全國性的采樣、測(cè)土，而是以農(nóng)業(yè)環(huán)境政策推動(dòng)科學(xué)施肥與耕地保育技術(shù)支撐體系的構(gòu)建和運(yùn)行。這一支撐體系由三個(gè)關(guān)鍵部分組成：一是由公益性土壤肥料專業(yè)研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行長期和短期多點(diǎn)田間校驗(yàn)試驗(yàn)，將探索性的新發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)為分區(qū)、分類、量化的施肥技術(shù)指標(biāo)與規(guī)程；二是由商業(yè)化運(yùn)營的農(nóng)化服務(wù)公司利用分區(qū)指標(biāo)和技術(shù)規(guī)程為農(nóng)民提供技術(shù)服務(wù)，費(fèi)用由農(nóng)業(yè)補(bǔ)貼支付；三是由各地農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)管部門，對(duì)農(nóng)民落實(shí)分區(qū)指標(biāo)和規(guī)程的狀況進(jìn)行抽查和監(jiān)管，落實(shí)獎(jiǎng)懲政策。

4.1.1 科學(xué)施肥和耕地保育技術(shù)分區(qū)指標(biāo)與規(guī)程研究 進(jìn)行科學(xué)施肥和耕地保育不僅要對(duì)每個(gè)田塊進(jìn)行周期性的耕層土壤采樣和土壤有效養(yǎng)分含量測(cè)試，更重要的是需要進(jìn)行多點(diǎn)田間定位試驗(yàn)，獲得不同土壤和氣候條件下的土壤有效養(yǎng)分豐缺狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)和與其相關(guān)聯(lián)的肥料養(yǎng)分（石灰）用量推薦指標(biāo)，即：研究和編制分區(qū)、分類、量化的科學(xué)施肥推薦指標(biāo)。

中歐各國，通常由各州立公益性土壤肥料專業(yè)科研院所實(shí)施多點(diǎn)定位肥效試驗(yàn)，研制、更新和頒布相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)。由于不同養(yǎng)分及肥料（氮、磷、鉀、硫、鎂、石灰、有機(jī)肥和微量元素肥料）的后效差別很大，研制土壤養(yǎng)分供應(yīng)狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)和肥料養(yǎng)分及石灰用量推薦指標(biāo)所需的田間試驗(yàn)?zāi)晗薏顒e較大。例如，礦質(zhì)氮肥的氮素利用率在當(dāng)季即可達(dá)到 60%以上，氮肥的大田肥效試驗(yàn)通常僅需要3—5年。磷肥和鉀肥的當(dāng)季利用率雖然較低，但其后效可達(dá)20年，進(jìn)行磷、鉀、有機(jī)肥和石灰用量的肥效試驗(yàn)一般為10—20年，至少5年以上。表2匯總了德國各州在研制土壤養(yǎng)分豐缺狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)和肥料養(yǎng)分（石灰）用量推薦指標(biāo)中，對(duì)田間試驗(yàn)?zāi)晗藓投ㄎ辉囼?yàn)點(diǎn)數(shù)的一般性要求。

表2 德國各州研制科學(xué)施肥分區(qū)指標(biāo)的田間定位試驗(yàn)?zāi)晗藓蛿?shù)量Table 2 Terms and amounts of field experiments for evaluating fertilizer effects and drafting fertilization technical criteria within a federal state of Germany [51-55]

為使分區(qū)指標(biāo)能準(zhǔn)確估計(jì)不同土壤、氣候條件的影響，編制可在一個(gè)區(qū)域范圍（如一個(gè)州）內(nèi)推廣和應(yīng)用的推薦指標(biāo)，需要在該地區(qū)選取土壤、氣候條件不同的代表性點(diǎn)位，設(shè)置多點(diǎn)田間試驗(yàn)。德國各州，研制某一養(yǎng)分的評(píng)價(jià)和推薦指標(biāo)，通常需要在本州內(nèi)針對(duì)該養(yǎng)分和主要作物類型設(shè)置20—50個(gè)田間定位試驗(yàn)（表2）。由于各種養(yǎng)分試驗(yàn)?zāi)晗藓陀绊戰(zhàn)B分利用率的人為及環(huán)境因素不同，每個(gè)養(yǎng)分的肥效定位試驗(yàn)通常需要單獨(dú)設(shè)計(jì)、布置和實(shí)施。為便于研究人員選取具有代表性的試驗(yàn)地點(diǎn)，使較少的試驗(yàn)點(diǎn)能涵蓋本州主要土壤、氣候條件，德國通過對(duì)農(nóng)田土壤質(zhì)量分區(qū)圖、氣象站點(diǎn)多年觀測(cè)資料與行政區(qū)劃圖的聚類分析，編制了土壤氣候條件類型分布圖，各州在進(jìn)行分區(qū)推薦指標(biāo)研制時(shí)，需要在每個(gè)類型組上至少布置一個(gè)定位試驗(yàn)。建立指標(biāo)之后，隨著技術(shù)水平提升、品種更新和產(chǎn)量水平提升，仍需對(duì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行持續(xù)更新。中歐各國大約每20年進(jìn)行新一輪的田間試驗(yàn)，對(duì)科學(xué)施肥與耕地保育分區(qū)指標(biāo)進(jìn)行升級(jí)換代。

4.1.2 農(nóng)化服務(wù)公司利用分區(qū)指標(biāo)和技術(shù)規(guī)程為農(nóng)民提供技術(shù)服務(wù) 執(zhí)行科學(xué)施肥與耕地保育分區(qū)指標(biāo)和技術(shù)規(guī)程不僅需要一定專業(yè)知識(shí)，還需要相應(yīng)的測(cè)試條件和設(shè)備。實(shí)際上，即使在歐美發(fā)達(dá)國家，農(nóng)民也不具備獨(dú)立實(shí)施這些指標(biāo)和規(guī)程的專業(yè)能力和設(shè)施，需要委托具有官方認(rèn)證資質(zhì)、商業(yè)化運(yùn)營的農(nóng)技服務(wù)公司和農(nóng)化測(cè)試實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行采樣測(cè)土，并將測(cè)土結(jié)果解譯為農(nóng)民可操作的施肥推薦。農(nóng)民為此支付的技術(shù)服務(wù)費(fèi)，可申請(qǐng)和利用農(nóng)業(yè)補(bǔ)貼或農(nóng)業(yè)環(huán)境技術(shù)補(bǔ)貼支付。

4.1.3 對(duì)農(nóng)民落實(shí)分區(qū)指標(biāo)和技術(shù)規(guī)程的實(shí)際狀況進(jìn)行抽查和監(jiān)管 為保證農(nóng)業(yè)環(huán)境技術(shù)補(bǔ)貼政策的實(shí)施效率，20世紀(jì)末以來，德國各州的州立公益性農(nóng)技推廣機(jī)構(gòu)將其部分農(nóng)技推廣職能轉(zhuǎn)為監(jiān)管職能，對(duì)農(nóng)民利用技術(shù)補(bǔ)貼，執(zhí)行分區(qū)指標(biāo)和技術(shù)規(guī)程的實(shí)際情況進(jìn)行抽檢，落實(shí)獎(jiǎng)懲政策，以保證農(nóng)業(yè)環(huán)境技術(shù)政策的實(shí)施效率。為了減少監(jiān)管部門的人力成本，近年來相關(guān)科研機(jī)構(gòu)通過持續(xù)研究，發(fā)展了便于監(jiān)管部門和農(nóng)民應(yīng)用的田塊和農(nóng)場(chǎng)氮、磷平衡算法、農(nóng)田有機(jī)碳平衡算法等技術(shù)，減少了監(jiān)管部門實(shí)施抽檢的成本。

中歐國家科學(xué)施肥與耕地保育技術(shù)支撐體系和運(yùn)行機(jī)制示于圖1。由公益性土壤肥料專業(yè)研究機(jī)構(gòu)、商業(yè)化運(yùn)營的農(nóng)技服務(wù)公司和農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)管機(jī)構(gòu)三方共同組成的技術(shù)支撐體系，有效銜接了從基礎(chǔ)研究到應(yīng)用技術(shù)再到農(nóng)民田間應(yīng)用的全鏈條運(yùn)行。

圖1 中歐國家科學(xué)施肥與耕地保育技術(shù)支撐體系Fig. 1 Technical supporting system for farming management practices of fertilization and arable land care in Central European countries

4.2 土壤采樣方法特征

一旦通過多點(diǎn)田間定位試驗(yàn)為一個(gè)地區(qū)建立了土壤養(yǎng)分含量豐缺狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)和肥料養(yǎng)分（石灰）用量推薦指標(biāo)，即可利用這些指標(biāo)，進(jìn)行農(nóng)田土壤采樣化驗(yàn)和施肥推薦。表3列出了德國進(jìn)行農(nóng)田養(yǎng)分管理的土壤測(cè)定科目和采樣方法。其中，采樣方法包括對(duì)每個(gè)推薦單元（采樣單元）面積、每個(gè)推薦單元所用混合土樣最少鉆數(shù)、土鉆采樣點(diǎn)的分布、采樣間隔年份、采樣時(shí)期和土層深度。從表3可見，農(nóng)田類型不同，每個(gè)推薦單元所用混合土樣最少鉆數(shù)不同。對(duì)于草地，因牲畜糞便易造成較大采樣誤差，制成一個(gè)符合規(guī)定的混合土樣，需要在采樣區(qū)內(nèi)通過“之”字形取樣打35—40鉆。養(yǎng)分類型不同，采樣間隔年限、采樣季節(jié)和采樣深度各不相同。例如，進(jìn)行耕地土壤的氮肥推薦，需要分0—30、30—60 cm兩個(gè)土層測(cè)定水溶性礦質(zhì)氮含量；而進(jìn)行磷、鉀肥推薦，僅需測(cè)定農(nóng)田0—20 cm表層土壤有效磷、鉀含量。這些規(guī)定也源于相關(guān)研究。多點(diǎn)定位試驗(yàn)顯示：在中歐氣候條件下，秋冬降雨使農(nóng)田表層（0—30 cm）土壤礦質(zhì)氮淋洗至下層（30—60 cm）土壤，只有進(jìn)行分層采樣測(cè)定，才能給出比較準(zhǔn)確的氮肥分次施肥建議，提高氮素利用率，減少氮素?fù)p失。多點(diǎn)田間試驗(yàn)還證實(shí)：農(nóng)田0—20 cm表層土壤有效磷、鉀含量能靈敏表征土壤磷、鉀豐缺狀況，因而無需對(duì)更深土層進(jìn)行采樣。由于測(cè)土推薦中最大誤差源于土壤采樣誤差，為減少采樣誤差，表3所列采樣規(guī)定大部分已納入德國限定性施肥法規(guī)中。按新版施肥法規(guī)，農(nóng)民需要每年春季對(duì)農(nóng)田進(jìn)行土壤礦質(zhì)氮的采樣測(cè)定，并據(jù)此施用氮肥；在農(nóng)田大量施用磷肥或畜禽有機(jī)肥情況下，為控制農(nóng)田磷素流失，土壤有效磷的采樣測(cè)試間隔為6年。

表3 德國農(nóng)田養(yǎng)分管理中的土壤采樣規(guī)定[23,31]Table 3 Rules of soil sampling for farmland nutrient management in Germany

多點(diǎn)肥效定位試驗(yàn)顯示：土壤質(zhì)地類型、主要發(fā)生過程（含土層厚度、母質(zhì)）、有機(jī)質(zhì)含量和氣象條件對(duì)肥料養(yǎng)分利用率影響很大，進(jìn)行農(nóng)田施肥推薦還需要該地塊的質(zhì)地類型、主要土壤（成土）類型、土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤氣候分區(qū)信息。田塊的質(zhì)地類型、土壤類型主要源于農(nóng)田地力調(diào)查與評(píng)價(jià)所獲田塊土壤理化性狀表，該調(diào)查完成的大比例尺田塊圖也兼做測(cè)土施肥采樣單元的工作底圖，每隔幾年的后續(xù)采樣需要按相同“之”字形路線進(jìn)行。

4.3 科學(xué)施肥與耕地保育技術(shù)支撐體系運(yùn)營效果

德國和荷蘭人均耕地資源緊缺，農(nóng)業(yè)一直采用高投入、高產(chǎn)出的集約化經(jīng)營模式。根據(jù)FAO統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，1985—1989年期間，德國和荷蘭單位面積化肥養(yǎng)分投入量分別達(dá)為386和741 kg·hm·a。計(jì)算公式如下：

式（3）中，化肥養(yǎng)分總投入量，為化肥氮磷鉀養(yǎng)分總投入量。耕地面積（arable land area）為每年需要耕種和收獲作物的農(nóng)田面積，長期作物面積（land area under permanent crops）為多年生作物，如水果、咖啡、橡膠、木本花卉等農(nóng)田面積。農(nóng)田高養(yǎng)分投入量引起嚴(yán)重地下水硝酸鹽污染和地表水富營養(yǎng)化。20世紀(jì)90年代初以來，通過實(shí)施農(nóng)業(yè)環(huán)境政策和法規(guī)，持續(xù)加強(qiáng)科學(xué)施肥與耕地保育技術(shù)支撐體系建設(shè)，促進(jìn)體系內(nèi)各方的銜接，加強(qiáng)分區(qū)、分類、限定性和非限定性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程的研制，加強(qiáng)監(jiān)管，使技術(shù)指標(biāo)落實(shí)到每個(gè)農(nóng)民和地塊，實(shí)現(xiàn)了在有限的耕地資源上不斷降低化肥用量的同時(shí)持續(xù)提高單產(chǎn)。至2016—2020年間，單位面積化肥養(yǎng)分投入量分別降至 173和 272 kg·hm·a，（計(jì)算方法見公式 3），同期糧食單產(chǎn)和總產(chǎn)仍分別增加了40%和30%。

為實(shí)現(xiàn)節(jié)肥增產(chǎn)，中國自20世紀(jì)90年代末以來，開展了平衡施肥、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、農(nóng)業(yè)面源污染治理等一系列科研攻關(guān)項(xiàng)目。在這些科研項(xiàng)目中，土壤肥料科研人員直接下到示范區(qū)指導(dǎo)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民進(jìn)行科學(xué)施肥，也取得了突出的節(jié)肥增產(chǎn)效果。大田作物上，通過養(yǎng)分均衡供應(yīng)，在減少化肥總投入量的條件下，作物平均增產(chǎn)10%以上。在蔬菜、水果和花卉等高養(yǎng)分用量作物上，在氮磷化肥用量減少30%以上條件下，作物產(chǎn)量、質(zhì)量明顯得到提升。

4.4 存在問題

中國在科學(xué)施肥與耕地保育技術(shù)方面最大問題，是從土壤肥料基礎(chǔ)研究到應(yīng)用技術(shù)，再到農(nóng)技推廣，最終到農(nóng)民田間應(yīng)用的全鏈條中，應(yīng)用研究和農(nóng)技推廣兩個(gè)環(huán)節(jié)的不斷弱化和缺失（圖1），導(dǎo)致廣大農(nóng)區(qū)和農(nóng)民的技術(shù)水平難以提升。

近年來中國對(duì)農(nóng)業(yè)科研的投入雖然逐年加大，但此期間，國家級(jí)與部分省級(jí)公益性土壤肥料專業(yè)機(jī)構(gòu)撤并，新形成的研究機(jī)構(gòu)變大，研究領(lǐng)域變寬，對(duì)專業(yè)研究機(jī)構(gòu)和科研人員職稱評(píng)定及人才評(píng)選中對(duì)純學(xué)術(shù)論文、SCI論文發(fā)文量等量化指標(biāo)的過分倚重，導(dǎo)致原有的土壤肥料專業(yè)科研機(jī)構(gòu)均質(zhì)化、碎片化、行政化問題加深，使各科研機(jī)構(gòu)更側(cè)重論文產(chǎn)出多的研究生培養(yǎng)，而論文產(chǎn)出少的大田校驗(yàn)試驗(yàn)難以為繼，有經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人才斷檔情況加重，土壤肥料應(yīng)用與應(yīng)用基礎(chǔ)研究不斷削弱和空洞化。由專業(yè)科研人員實(shí)施的科研項(xiàng)目雖然在示范區(qū)取得很好效果，但示范區(qū)實(shí)際覆蓋面積有限，且科研項(xiàng)目結(jié)束，科研人員撤場(chǎng)后，后續(xù)的技術(shù)更新以及分區(qū)技術(shù)指標(biāo)的升級(jí)換代難以維系。由于相關(guān)研究不足，中國至今尚未發(fā)布適合各地農(nóng)民掌握并能直接用于生產(chǎn)的分區(qū)、分類、量化技術(shù)指標(biāo)。

中國原有農(nóng)技推廣系統(tǒng)中農(nóng)技員在鄉(xiāng)、村一級(jí)的長期缺失，即農(nóng)技服務(wù)在最后一公里斷裂問題，從側(cè)面說明農(nóng)村原有農(nóng)技推廣體系的組織方式和運(yùn)行機(jī)制實(shí)際已難以適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展需求。近年來各種專用肥料、新型肥料公司大量涌入農(nóng)村，肥料品牌切換頻繁，很少改進(jìn)農(nóng)民施肥技術(shù)知識(shí)盲區(qū)，反而增加了農(nóng)民選擇肥料困惑。研究顯示，在占全國作物總播種面積 23.6%的蔬菜、水果、花卉等經(jīng)濟(jì)作物農(nóng)田，農(nóng)民盲目施肥、過量施肥情形普遍。在這類農(nóng)田上，氮磷養(yǎng)分盈余量可超過德國肥料法規(guī)所規(guī)定的環(huán)境安全限量（50 kg N·hm、10 kg PO·hm）10 倍，導(dǎo)致嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)面源污染。中國耕地保育技術(shù)鏈條中的兩個(gè)短板還導(dǎo)致現(xiàn)代農(nóng)技服務(wù)業(yè)發(fā)展滯后，使投入大量資金的國家工程難以發(fā)揮應(yīng)有作用。

由于全國性農(nóng)田土壤養(yǎng)分調(diào)查最終很難解決技術(shù)支撐體系和運(yùn)行機(jī)制存在的問題，提升中國農(nóng)民科學(xué)施肥技術(shù)水平的關(guān)鍵是彌補(bǔ)技術(shù)支撐體系中的兩個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。一方面，以原有國家級(jí)和省級(jí)公益性土壤肥料專業(yè)科研院所為主體，進(jìn)行長期和短期土壤肥力與肥效大田定位試驗(yàn)，為各省主要生態(tài)和農(nóng)業(yè)類型區(qū)制定并持續(xù)升級(jí)分區(qū)、分類、量化的科學(xué)施肥與耕地保育技術(shù)指標(biāo)與規(guī)程，發(fā)展便于農(nóng)民認(rèn)知和接受的技術(shù)指標(biāo)，發(fā)展便于農(nóng)技服務(wù)業(yè)和監(jiān)管部門對(duì)農(nóng)民進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)和監(jiān)管的人工智能技術(shù)。另一方面，鼓勵(lì)和扶植有資質(zhì)的農(nóng)技服務(wù)力量，積極發(fā)展中國商業(yè)化、專業(yè)化的現(xiàn)代農(nóng)技服務(wù)業(yè)；與此同時(shí)，依托各地原有公益性農(nóng)技推廣機(jī)構(gòu)，強(qiáng)化對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境技術(shù)政策落實(shí)的督導(dǎo)和監(jiān)管，通過對(duì)農(nóng)民執(zhí)行技術(shù)指標(biāo)狀況的抽檢，發(fā)揮中國農(nóng)業(yè)補(bǔ)貼和農(nóng)業(yè)環(huán)境技術(shù)補(bǔ)貼的作用，使新技術(shù)疏導(dǎo)與獎(jiǎng)懲并舉的農(nóng)業(yè)環(huán)境技術(shù)政策直達(dá)每個(gè)農(nóng)民和田塊，推動(dòng)農(nóng)民廣泛采用更先進(jìn)、精準(zhǔn)和環(huán)境友好的科學(xué)施肥與耕地保育技術(shù)，以此實(shí)現(xiàn)大幅度節(jié)肥增產(chǎn)和綠色發(fā)展。

5 污染與環(huán)境變化相關(guān)主題的土壤調(diào)查

20世紀(jì)末以來，隨著全球性人口與經(jīng)濟(jì)快速增長引起的環(huán)境污染、氣候變化和生物多樣性下降等環(huán)境問題的凸顯，為了解環(huán)境污染與變化，科學(xué)制定控制對(duì)策和檢驗(yàn)控制效率，各國陸續(xù)啟動(dòng)了環(huán)境相關(guān)主題的土壤調(diào)查。例如， 中國、美國、加拿大、丹麥、英國、德國、日本、韓國等均在主要流域開展了農(nóng)業(yè)面源污染調(diào)查，對(duì)流域內(nèi)農(nóng)田土壤進(jìn)行采樣化驗(yàn)，了解農(nóng)業(yè)對(duì)氮、磷富營養(yǎng)化的貢獻(xiàn)率，評(píng)估減控技術(shù)和策略的效率。中國自2005—2013年實(shí)施了含重金屬和有機(jī)污染物的全國土壤污染狀況調(diào)查；于 2017—2020年實(shí)施了農(nóng)地土壤污染狀況詳查和重點(diǎn)行業(yè)企業(yè)用地土壤污染狀況調(diào)查。歐盟自 2009年以來實(shí)施了農(nóng)田土壤重金屬污染狀況、土壤生物多樣性演變、土壤水分特征、土壤氧化亞氮排放特征等一系列土壤調(diào)查。為應(yīng)對(duì)氣候變化和實(shí)現(xiàn)固碳減排目標(biāo)，德國自2008年以來實(shí)施了陸域土壤碳儲(chǔ)量調(diào)查等。

5.1 地面采樣與調(diào)查方法特征

在環(huán)境污染與變化主題的土壤調(diào)查中，調(diào)查目標(biāo)不同，調(diào)查內(nèi)容、土壤采樣設(shè)計(jì)、采樣密度和土壤采樣深度各不相同。中國在全國土壤污染狀況調(diào)查中，主要目的是摸清底數(shù)，采樣密度較大，以 8—40 km采1個(gè)點(diǎn)，對(duì)耕地、林地、草地和未利用土地進(jìn)行網(wǎng)格化采樣，全國范圍采集了數(shù)百萬個(gè)表層土壤樣本，調(diào)查的污染物有土壤鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅、鎳等重金屬含量和六六六、滴滴涕、多環(huán)芳烴等有機(jī)污染物含量。歐盟在其覆蓋全域的土壤重金屬污染調(diào)查中共采集了23 000個(gè)有地理坐標(biāo)的土壤表層樣本，采樣密度為1個(gè)點(diǎn)/200 km。通過利用地統(tǒng)計(jì)模型和地形、地質(zhì)、植被、氣象以及人為因素等輔助信息，完成了1 km分辨率歐洲表層土壤砷、鎘、鈷、鉻、銅、汞、鎳、鉛、鋅、銻和鋅含量分布圖。這一調(diào)查的主要目的是對(duì)歐盟各成員國和地區(qū)之間的土壤重金屬污染狀況進(jìn)行比較，以便界定未來需要重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的地區(qū)，而不是了解污染的具體地點(diǎn)。因而，這些1 km分辨率的土壤重金屬含量分布圖并不適合用以表征歐盟潛在的 250萬個(gè)污染場(chǎng)地。由美國完成的土壤重金屬含量圖，其采樣密度僅為1個(gè)點(diǎn)/1 600 km。

德國目前正在實(shí)施的陸域土壤碳儲(chǔ)量調(diào)查，目的是了解全國土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量和土地利用變化以及農(nóng)田管理措施對(duì)土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的影響，評(píng)估利用模型能否準(zhǔn)確預(yù)測(cè)土地管理引起的土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量變化。采用網(wǎng)格化布點(diǎn)，采樣密度為1個(gè)點(diǎn)/64 km，全域共采集了3 104個(gè)點(diǎn)位的剖面分段土層（0—10、10—30、30—50、50—70、70—100 cm）樣本。為評(píng)估每個(gè)采樣點(diǎn)周邊小范圍土壤有機(jī)質(zhì)儲(chǔ)量變異及其對(duì)模型計(jì)算的影響，各點(diǎn)位采用米字格采樣，進(jìn)行了9點(diǎn)式采樣；為在相同點(diǎn)位上實(shí)施后續(xù)調(diào)查，例如，若干年后對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行實(shí)地校驗(yàn)，各采樣點(diǎn)定位采用差分GPS設(shè)備，使其坐標(biāo)誤差控制在30 cm之內(nèi)。

歐盟于2018年實(shí)施的土壤微生物性狀調(diào)查，其主要目的是了解土壤微生物性狀與土壤有機(jī)碳關(guān)系及其驅(qū)動(dòng)因子，量化表征大尺度的土壤微生物群落特性，如土壤基礎(chǔ)呼吸、土壤微生物生物量、土壤微生物群落特性，以及這些特征與土壤、氣候等非生物因素之間的關(guān)系，該調(diào)查在歐盟全域總共采集了881個(gè)點(diǎn)位0—20 cm土層的土壤樣本，利用地統(tǒng)計(jì)模型繪制了歐盟區(qū)土壤基礎(chǔ)呼吸、呼吸商和土壤微生物生物量分布圖等。

不同于前三類土壤調(diào)查，對(duì)大區(qū)域范圍內(nèi)環(huán)境主題的土壤采樣調(diào)查和制圖方法，各國鮮見有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)頒布。這類調(diào)查通常是由專業(yè)科研機(jī)構(gòu)的研究人員實(shí)施。換言之，環(huán)境主題的土壤調(diào)查方法尚在研究和發(fā)展之中。近年來，環(huán)境主題的土壤調(diào)查日益增加對(duì)輔助信息和各類機(jī)器學(xué)習(xí)模型的應(yīng)用。本類調(diào)查的采樣和制圖方法雖仍在探索中，但各國均十分重視對(duì)采樣、調(diào)查方法和成圖表達(dá)方法的發(fā)布。歐盟土地與植被調(diào)查項(xiàng)目（LUCAS）網(wǎng)站上發(fā)布的80余個(gè)土壤專題圖均附有對(duì)采樣調(diào)查和成圖表達(dá)方法的說明，在德國陸域土壤碳儲(chǔ)量的調(diào)查報(bào)告中，對(duì)采樣、調(diào)查方法和所用模擬模型的描述占總報(bào)告的2/3。

5.2 調(diào)查結(jié)果的應(yīng)用

環(huán)境主題的土壤調(diào)查結(jié)果主要用于國家及國際政策制定和相關(guān)研究。一些由政府機(jī)構(gòu)和國際組織資助的調(diào)查報(bào)告和土壤專題圖件則公開發(fā)布于相關(guān)網(wǎng)站。如國際糧農(nóng)組織（FAO） 編制和發(fā)布了世界土壤圖和全球0—30 cm土層土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量圖。歐盟土地與植被調(diào)查項(xiàng)目（LUCAS）發(fā)布了80余個(gè)土壤專題圖和調(diào)查報(bào)告。德國近年間在農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)環(huán)境領(lǐng)域完成的各類土壤專題圖和調(diào)查報(bào)告也公開發(fā)布于各相關(guān)研究中心網(wǎng)站。

5.3 存在問題

各國在環(huán)境主題方面的調(diào)查主要是在全域范圍內(nèi)對(duì)不同地區(qū)間的環(huán)境問題進(jìn)行比對(duì)，界定需要關(guān)注的重點(diǎn)區(qū)域。由于采樣覆蓋區(qū)域大，而土壤采樣點(diǎn)密度較低，因而調(diào)查結(jié)果及圖件并不適合用于了解某一特定地點(diǎn)的土壤環(huán)境問題。此外，由于各國土壤、氣候和地理?xiàng)l件，生產(chǎn)、生活方式和環(huán)境過程各不相同，適用的調(diào)查方法也不盡相同，需要通過對(duì)調(diào)查區(qū)域內(nèi)主要環(huán)境過程的觀測(cè)和研究，建立適宜的調(diào)查方法，不宜簡單照搬他人方法和模型。

6 土壤調(diào)查方法的發(fā)展

土壤調(diào)查通常包括調(diào)查方案設(shè)計(jì)、土壤采樣、土壤理化性狀觀測(cè)與分析、結(jié)果表達(dá)四部分內(nèi)容，四部分工作內(nèi)容均涉及到方法問題。

對(duì)于土壤分類調(diào)查，經(jīng)過長期探索和實(shí)踐，許多國家已經(jīng)建立了規(guī)范性方法，以工作手冊(cè)或國標(biāo)形式對(duì)調(diào)查方案設(shè)計(jì)、土壤采樣、土壤理化性狀觀測(cè)與分析方法、結(jié)果表達(dá)進(jìn)行了規(guī)范。土壤分類調(diào)查周期長，成果圖件應(yīng)用時(shí)間長。為保證不同時(shí)段調(diào)查結(jié)果的可比性，各國在土壤采樣方法、土壤理化性狀測(cè)試指標(biāo)和分析方法上變化很少。主要變化是，近年來隨 3S和大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展，在土壤采樣中增加了對(duì)土壤采樣點(diǎn)的坐標(biāo)定位，在土壤分類調(diào)查中逐步以數(shù)字土壤制圖方法替代人工綜合判圖和繪圖。

對(duì)于農(nóng)田土壤基礎(chǔ)地力調(diào)查，目標(biāo)是為每個(gè)田塊建立一套可靠、科學(xué)、具有共同比較基準(zhǔn)的農(nóng)田基礎(chǔ)地力評(píng)價(jià)等級(jí)值和土壤地力底檔，鑒于評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)農(nóng)業(yè)、農(nóng)民和各行業(yè)有長期和重要經(jīng)濟(jì)影響，更需要以法律、法規(guī)和國標(biāo)形式對(duì)調(diào)查方案設(shè)計(jì)、土壤采樣、土壤理化性狀觀測(cè)與分析方法、結(jié)果表達(dá)與評(píng)價(jià)方法進(jìn)行規(guī)范。需要指出的是：由于大區(qū)域范圍通過較少采樣點(diǎn)的地統(tǒng)計(jì)建模所獲專題圖和評(píng)價(jià)結(jié)果至今難以替代田塊尺度的場(chǎng)地觀測(cè)和采樣，盡管土壤分類調(diào)查和農(nóng)田土壤基礎(chǔ)地力兩類調(diào)查的科目均主要為土壤穩(wěn)定性要素，因調(diào)查精度、采樣設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)方法相差大，土壤分類調(diào)查結(jié)果不能替代農(nóng)田土壤基礎(chǔ)地力調(diào)查與評(píng)價(jià)。

對(duì)于科學(xué)施肥與耕地保育所涉土壤采樣、土壤理化性狀觀測(cè)、分析和結(jié)果表達(dá)，各國也有長期探索，以工作手冊(cè)、國標(biāo)及工作規(guī)程對(duì)其進(jìn)行了規(guī)范。對(duì)其更新主要依據(jù)多點(diǎn)田間定位試驗(yàn)結(jié)果修改相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)程。

當(dāng)土壤調(diào)查的主要產(chǎn)出為全國或大區(qū)域范圍的土壤專題圖時(shí)，近年間趨向于用數(shù)字土壤制圖方法進(jìn)行成圖表達(dá)。這里主要涉及到第一、四類的調(diào)查。數(shù)字土壤制圖方法可利用輔助信息、機(jī)器學(xué)習(xí)、建模和地統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，在減少地面采樣量的前提下，提高專題圖分辨率，并對(duì)專題圖的估計(jì)值給出可靠性評(píng)價(jià)。

在數(shù)字土壤制圖方法中，調(diào)查方案設(shè)計(jì)，包括輔助信息選取與地面采樣設(shè)計(jì)（采樣點(diǎn)點(diǎn)位選擇原則），對(duì)提高土壤專題圖的分辨率和可靠性十分重要。例如在土壤分類調(diào)查中，采用對(duì)成土過程影響大的輔助信息，如氣候、地形、植被覆蓋圖、成土母質(zhì)、土壤有機(jī)質(zhì)累積等級(jí)等，通過對(duì)這些輔助信息的疊加分析進(jìn)行采樣設(shè)計(jì)，有助于將地面采樣點(diǎn)設(shè)置于能較準(zhǔn)確表達(dá)成土過程空間分布特征的點(diǎn)位。又如，研究表明：影響土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的主要因素有降水量、溫度、成土類型、土地利用類型和土壤質(zhì)地，在進(jìn)行陸域碳儲(chǔ)量調(diào)查時(shí)，利用這些要素空間分布規(guī)律進(jìn)行采樣設(shè)計(jì)，有助于提高土壤有機(jī)碳圖的分辨率和可靠性；此外，沼澤和濕地土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量高，對(duì)土壤有機(jī)碳總儲(chǔ)量影響極大，對(duì)這些地區(qū)進(jìn)行加密采樣，對(duì)準(zhǔn)確評(píng)估土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量至關(guān)重要。

近年來，雖已有大量關(guān)于數(shù)字土壤制圖的研究論文和專著發(fā)表，但其中關(guān)于在數(shù)字土壤制圖中如何進(jìn)行地面采樣點(diǎn)設(shè)計(jì)的相關(guān)研究仍然較稀缺。根據(jù)筆者工作經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)通過數(shù)字土壤制圖方法進(jìn)行土壤調(diào)查和專題圖表達(dá)時(shí)，采樣設(shè)計(jì)最為基礎(chǔ)和關(guān)鍵，采樣設(shè)計(jì)決定了調(diào)查目標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)，決定了調(diào)查效率和最終完成專題圖的質(zhì)量。采樣設(shè)計(jì)中最重要的內(nèi)容是準(zhǔn)確界定調(diào)查目標(biāo)，全面總結(jié)和了解與調(diào)查目標(biāo)相關(guān)的研究進(jìn)展，了解可用的相關(guān)基礎(chǔ)圖件和輔助信息，在此基礎(chǔ)上確定地面調(diào)查與化驗(yàn)科目、采樣點(diǎn)的選點(diǎn)原則、采樣密度、采樣的土層深度、在采樣點(diǎn)點(diǎn)位上需要采集和記錄的其他現(xiàn)場(chǎng)信息。對(duì)調(diào)查目標(biāo)缺少清晰界定，對(duì)要調(diào)查的土壤要素相關(guān)過程和輔助信息不甚了解而匆匆實(shí)施的調(diào)查，不僅事倍功半，而且還會(huì)出現(xiàn)進(jìn)入調(diào)查后期，當(dāng)進(jìn)行資料匯總和制圖時(shí)，再提出需求，往往已經(jīng)無法實(shí)現(xiàn)等問題。若需要在一次調(diào)查中了解多類別土壤要素的空間分布特征，即開展多目標(biāo)的綜合調(diào)查，或者對(duì)需要調(diào)查的土壤要素尚缺少相關(guān)研究，實(shí)施網(wǎng)格化的、較大樣本量的地面采樣則是一種比較穩(wěn)妥的方案。這一方案雖然前期地面采樣工作量較大，但后期進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、匯總、建模發(fā)揮余地比較大。

7 結(jié)論及展望

（1）對(duì)各國土壤調(diào)查工作的回顧顯示，各國對(duì)土壤資源和質(zhì)量調(diào)查極為重視，中國和世界主要發(fā)達(dá)國家已于 20世紀(jì)完成了以查清土壤成土類型及其分布特征為主要目標(biāo)的全國性土壤分類調(diào)查。分類調(diào)查中，調(diào)查科目主要是與成土過程相關(guān)的土壤穩(wěn)定性要素，如：土壤類型、土體構(gòu)造、成土母質(zhì)，剖面土體各發(fā)生層厚度、質(zhì)地、顏色，有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀含量，土壤硅鋁率、鐵鋁率等；其主要產(chǎn)出——土壤圖和典型土壤剖面數(shù)據(jù)，具有很長的時(shí)效性。正如此，主要發(fā)達(dá)國家在完成全國性土壤分類調(diào)查之后，均未再進(jìn)行新的、以土壤分類為目標(biāo)的調(diào)查，僅在少量地區(qū)進(jìn)行了缺區(qū)補(bǔ)漏性質(zhì)的調(diào)查。由于土壤成土類型與土壤質(zhì)量和環(huán)境過程密切相關(guān)，分類調(diào)查所獲土壤基礎(chǔ)數(shù)據(jù)內(nèi)容豐富、分析方法一致、覆蓋全域，分類調(diào)查結(jié)果廣泛用于各研究領(lǐng)域。

（2）分類調(diào)查成果采用復(fù)雜的土壤分類系統(tǒng)表示土壤資源與質(zhì)量特征，使得非土壤分類學(xué)專業(yè)的人員難以應(yīng)用。為滿足土地管理部門、農(nóng)民和各相關(guān)行業(yè)對(duì)更方便、好懂的農(nóng)田土壤質(zhì)量分類指標(biāo)的需求，人均耕地資源緊缺的中歐國家，通過大樣本量地面采樣調(diào)查，完成了農(nóng)田土壤基礎(chǔ)地力調(diào)查與評(píng)價(jià)，為每個(gè)田塊給出了簡明易懂的土壤肥力等級(jí)值——農(nóng)田土壤百分價(jià)，并為每個(gè)田塊建立了基礎(chǔ)地力性狀底檔。近一個(gè)世紀(jì)以來，這一調(diào)查結(jié)果廣泛用于農(nóng)地保護(hù)、稅收、農(nóng)業(yè)補(bǔ)貼、農(nóng)田租賃、交易、借貸、保險(xiǎn)和耕地保育多個(gè)方面，對(duì)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮了重要作用。中國人均耕地較中歐國家更少，目前農(nóng)用地詳查與土壤普查分別實(shí)施，由于農(nóng)地管理中農(nóng)田土壤質(zhì)量信息短缺，至今難以實(shí)現(xiàn)耕地?cái)?shù)量與質(zhì)量的合并管理，導(dǎo)致盡管各省區(qū)耕地總面積不減，但難以控制優(yōu)質(zhì)耕地被占用，劣質(zhì)農(nóng)田進(jìn)入1.2億hm（18億畝）紅線。探索與中國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展相適應(yīng)、與中國土地管理方式相適應(yīng)的農(nóng)田基礎(chǔ)地力調(diào)查與評(píng)價(jià)方法和運(yùn)行機(jī)制，為每個(gè)田塊建立精準(zhǔn)、可靠、科學(xué)、可長期使用的基礎(chǔ)地力數(shù)據(jù)，對(duì)中國糧食安全和可持續(xù)發(fā)展十分重要。

（3）對(duì)各國測(cè)土配方施肥工作的總結(jié)表明，發(fā)達(dá)國家已將農(nóng)田養(yǎng)分采樣測(cè)試納入科學(xué)施肥和耕地保育技術(shù)支撐體系。該體系由三個(gè)關(guān)鍵部分組成：一是由國家級(jí)和省級(jí)公益性土壤肥料專業(yè)研究機(jī)構(gòu)通過長期和短期多點(diǎn)田間試驗(yàn)，建立并持續(xù)更新分區(qū)、分類、量化的科學(xué)施肥與耕地保育技術(shù)指標(biāo)與規(guī)程；二是由商業(yè)化運(yùn)營的農(nóng)化服務(wù)公司利用分區(qū)指標(biāo)和技術(shù)規(guī)程為農(nóng)民提供技術(shù)服務(wù)，費(fèi)用由農(nóng)業(yè)補(bǔ)貼及農(nóng)業(yè)環(huán)境技術(shù)補(bǔ)貼支付；三是由各地農(nóng)業(yè)環(huán)境技術(shù)監(jiān)管部門，對(duì)農(nóng)民技術(shù)狀況進(jìn)行抽查和監(jiān)管，落實(shí)獎(jiǎng)懲政策。中國土壤肥料技術(shù)在從基礎(chǔ)研究到農(nóng)民田間應(yīng)用全鏈條中，應(yīng)用技術(shù)與農(nóng)技推廣兩個(gè)環(huán)節(jié)持續(xù)弱化。由于相關(guān)研究不足，中國至今尚未發(fā)布適合各地農(nóng)民田間應(yīng)用的分區(qū)、分類、量化科學(xué)施肥與耕地保育技術(shù)指標(biāo)，也缺少能對(duì)農(nóng)民進(jìn)行針對(duì)性指導(dǎo)的智能化手段，在占作物總播種面積 23.6%的蔬菜、水果、花卉等高收益作物農(nóng)田，農(nóng)民盲目、過量施肥情形普遍。因而，彌補(bǔ)技術(shù)支撐體系中的短板，比開展全國性農(nóng)田土壤養(yǎng)分普查更為重要。

（4）20世紀(jì)末以來，各國陸續(xù)啟動(dòng)了環(huán)境相關(guān)主題的土壤調(diào)查。隨著 3S和大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展，這些調(diào)查普遍采用了土壤采樣點(diǎn)的坐標(biāo)定位，以數(shù)字土壤制圖方法替代人工綜合判圖，以輔助信息提高制圖分辨率和可靠性。在這類調(diào)查中，調(diào)查目標(biāo)不同，調(diào)查科目、土壤采樣設(shè)計(jì)、采樣密度和土壤采樣深度各不相同。而準(zhǔn)確界定調(diào)查目標(biāo)，全面了解與調(diào)查目標(biāo)相關(guān)的研究進(jìn)展，了解可用的相關(guān)基礎(chǔ)圖件和輔助信息；在此基礎(chǔ)上確定土壤調(diào)查科目、地面采樣點(diǎn)選點(diǎn)原則、采樣密度、采樣土層深度和需要現(xiàn)場(chǎng)采集的其他信息，方能實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。不同國家和地區(qū)的土壤、氣候、地理?xiàng)l件，人類生產(chǎn)、生活方式和環(huán)境過程不相一致，需要通過對(duì)調(diào)查區(qū)主要環(huán)境過程的觀測(cè)和研究，發(fā)展和建立適宜的調(diào)查方法，不宜簡單照搬他人方法和模型。

致謝：海南大學(xué)巨曉棠教授對(duì)本文的建議與?？?，在此致以誠摯的謝意！