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目前，森林健康問題引起了世界各國的廣泛關注。開展森林健康評價，是進行森林健康管理的重要基礎[1]。土壤作為森林生態系統的組成成分和環境因子，為森林的發展和演替提供了必要的環境條件，調節著系統內外水分的分配，并起著有效的環境過濾器的作用[2]。土壤在森林生態系統中的這些功能決定于土壤的健康狀況，可見土壤健康狀況與森林的健康緊密相連，開展森林土壤健康研究，理論上可為森林健康監測指標體系的構建奠定基礎，實踐上可為土壤健康管理以及森林經營實踐提供理論依據。通過對森林土壤健康的監測，能動地發展到在不同立地條件下合理利用森林土壤資源，因地制宜地選擇合適的樹種，探索維護、提高森林土壤生產力的綜合途徑以及對森林土壤退化的防治和改良技術是健康評價的目標[3]。因此，通過科學的森林土壤健康評價，探索有效的森林土壤健康管理措施，實現促進森林健康的目的，是擺在人們面前的新課題[4]。 1森林土壤健康的概念及研究現狀 什么是“森林土壤健康”？森林土壤健康的概念是隨著科學的發展，人們漸漸認識到土壤在森林生態系統中的多種作用的情況下提出來的，維持土壤健康就能保持林地的長期生產力。在森林土壤的研究領域中，結合森林土壤的作用以及森林的服務功能，把森林土壤健康定義為：森林土壤促進森林植被生產和維護森林生態系統功能的能力[5]。森林土壤健康評價是森林土壤健康研究的基礎和重要內容之一。土壤健康是土壤的物理、化學和生物學性質，以及形成這些性質的一些重要過程的綜合體，迄今為止，尚沒有評價土壤健康的統一標準[6]。尤其是對森林土壤健康的研究還處于探索階段，在世界范圍內，土壤健康研究的領域大多限于農業耕作土壤，有關森林土壤健康的內涵、指標的確定還是初步的；在我國，目前針對森林土壤健康的研究也很少，土壤健康與土壤質量在概念上既有一定程度的區別又有一定程度的交叉[7~8]，其區別在于土壤質量多半用土壤功能來確定，并認為其是物理、化學和生物學性質的復合體，而土壤健康是一個與條件有關的術語，其一個重要特征必須是可測量的。廣義的土壤健康是指土壤作為生命系統維持生物生產力、促進環境質量、維持動植物和人類健康的能力，在這一意義上，土壤健康和持續性同義[9~10]，其更符合森林生態系統健康的需要，而在森林土壤的研究領域中，使用森林土壤健康更符合林業工作者的習慣。本文森林土壤健康評價研究在森林土壤特定的功能和性質下，無論是森林土壤健康評價指標還是評價方法的研究，都從廣義的森林土壤健康出發，即本文中，森林土壤質量評價可借鑒于土壤健康評價。 2森林土壤健康評價指標 2.1評價指標選取原則 土壤質量評價應由土壤質量指標來確定，評價指標的選定是土壤質量評價的核心工作，直接關系到其評價結果的客觀性[11]。森林土壤具有枯枝落葉層，腐殖質含量高，淋溶作用強等特性，因此森林土壤質量指標的選取需要根據這些特性遵循一定的原則，包括主導性、敏感性、實用性和獨立性原則[12]。另外，森林土壤質量評價指標的選取必須考慮土壤功能，由于土壤功能受評價目的和多種管理系統的影響，土壤質量變化的監測非常緩慢，關鍵指標的選取必須是可維持土壤功能，監測土壤變化的方向、速率和程度等。因此，有許多土壤特性可以作為土壤質量評價指標，研究需要明確最適合的標準；針對不同的地區、不同類型的土壤應使用不同的指標體系[13]。 2.2評價指標體系構建 土壤質量的優劣取決于土地利用方式、生態系統類型、地理位置、土壤類型等多種因素。土壤質量指標與具體的土壤性質和土壤質量存在密切聯系。依據森林土壤功能并按照土壤質量評價指標選取原則，將森林土壤質量評價指標分為四大類：植物生長潛力(vegetationgrowthcapacity,VGC)、水分有效性(wateravailability,WA)、養分有效性(nutrientavailability,NA)以及根系適宜性(rootsuitability,RS)指標[14~15]。 2.2.1植物生長潛力指標植物生長潛力指標包括枯枝落葉層厚度以及灌木和草本的物種多樣性指數等。從森林健康經營角度來看，一般認為物種多樣性越豐富，越有利于森林生態系統的穩定。 2.2.2水分有效性指標 水分有效性指標包括枯枝落葉層厚度、腐殖質厚度、土層厚度以及土壤容重（土壤密度）、土壤滲透性、水穩性指數、土壤孔隙狀況等指標?？葜β淙~層具有截留降水、延緩地表徑流的重要作用；腐殖質層含有大量有機物質，且疏松多孔，對保持土壤水分具有明顯的作用；土層厚度以及土壤容重是反映容納水分數量空間指標，土層越厚、容重越小越有利于水分的保持；土壤滲透性、水穩性指數、土壤孔隙狀況可以反映土壤水分的滲透、流動、和蒸發等，可用于判斷土壤的水氣平衡。 3.2.3養分有效性指標 養分有效性指標主要包括一些化學和生物學性質指標，如pH值、有機質含量、陽離子交換量（CEC）、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、土壤酶活性等。其中，土壤有機質是土壤質量的一個關鍵參數，影響著土壤緊實度、脆弱性、養分保持和土壤持水能力等土壤功能，已經將其看作是土壤質量評價中十分重要的指標。 2.2.4根系適宜性指標 考慮影響根系生長障礙性以及養分的供應等因素，根系適宜性指標主要有土層厚度、土壤容重、黏粒含量、pH值等指標。其中，土壤容重是土壤緊實度的敏感性指標，是表征土壤質量的一個重要參數[16]。 2.3我國森林土壤質量評價指標體系的發展 近年來，我國就森林土壤質量也選擇了許多指標進行評價，但到目前為止，始終沒有形成一個合適的體系。表1列出了我國具有代表性的森林土壤質量評價中選取的土壤因子。從表1可以看出，這些代表性的研究主要以土壤的理化性質為主，其中更偏向于土壤養分指標，同時越來越多的生物學性質也開始受到重視。表2列出了自2000年以來，我國森林土壤質量評價研究中所選用的評價指標匯總及其分類。從表中可以看出，在土壤質量評價中，土壤指標選取范圍很廣，涵蓋了森林土壤質量的各個方面。其中，養分有效性指標有22個，主要是土壤化學和生物學性質指標，而且可以看出近年來學者們在重視土壤化學性質指標的同時，加大了土壤生物學性質指標在森林土壤質量評價中的應用，其使用頻率為64.07%，這表明養分有效性指標使用的穩定性。水分有效性指標和根系適宜性指標分別有8個和6個，而植物生長潛力指標只有2個，使用頻率比較低。圖1列出了在所有因子中顯示度較高的一系列因子，從圖中可以看出，有機質指標是我國森林土壤質量評價中主要考慮的因子，依次是速效鉀、有效磷、全氮、pH值、土壤容重、孔隙狀況、脲酶活性、磷酸酶活性、陽離子交換量、全磷、含水量和全鉀等，而成土母質、土壤呼吸速率等因素則較少被考慮到。由表2和圖1得出，在這4方面的指標中，森林土壤養分有效性指標的使用是較穩定的，近年來學者也加大了對土壤生物學性質指標的研究，尤其是對土壤酶活性的研究。由于森林土壤質量評價具有目的性和針對性，不同研究者所采用的指標也不同?？傊?，森林土壤質量評價應針對其特定的功能和土地利用類型進行；針對不同的地區、不同景觀類型的土壤，應使用不同的指標體系[28]。#p#分頁標題#e# 3森林土壤健康評價方法 森林土壤健康評價是設計和評價持續性森林土壤及土地管理系統的一個基礎。主要有以下幾種方法： （1）綜合指數法(簡稱指數法)。該法先根據實測值和評價標準求取分指數，然后由分指數計算綜合指數。指數法的最大特點是具有等價性，便于對比，計算簡單。另一方面，計算綜合指數的方法不同，所得評價結果也不一定相同。于法展等人以云臺山自然保護區內5種主要林分下土壤為研究對象，通過加權綜合法，建立森林土壤健康指數，并對不同林分下土壤健康狀況進行評價。結果表明：該保護區不同林分下土壤健康指數序列表現為鹽膚木、黃檀、黃連木林(0.73)>黃連木、黃檀、楓香林(0.70)>栓皮櫟林(0.65)>麻櫟林(0.63)>赤松林(0.61)[7]；單奇華等采用綜合指數法對南京城市森林土壤肥力質量進行了評價，結果表明：南京城市森林土壤肥力總體處于中等偏低水平，需要加強土壤肥力質量改良[17]；呂春花等采用綜合指數法對黃土高原子午嶺地區植被恢復過程中的土壤質量進行了評價，土壤質量綜合指數表現為喬木林地>灌木林地>草地[29]。由于綜合指數法具有易懂、易學、易算和易操作等特殊優點，仍被廣大科技工作者采用。 （2）模糊數學綜合評判法(簡稱模糊法)。此法是利用土壤質量分級差異中間過渡的模糊性，將土壤按照不同分級標準，通過建立隸屬函數在閉區間(0,1)內連續取值來進行評價的方法。模糊法雖注意到了土壤質量分級差異中間過渡的模糊性，避免了評價結果是一個平均值或簡單累加情況的出現。但有如下不足：要就每個監測值分別對其相鄰兩個級別質量標準建立多個隸屬函數，過程繁瑣，不易掌握，其復合運算的基本方法是取大取小，只強調極值的作用，因此丟失信息的現象較嚴重[30]。王朋薇運用模糊綜合評價法對紅花爾基國家森林公園五個樣地的土壤質量進行評價研究，結果表明，五個樣地的土壤質量相差較大[21]；陶寶先等運用模糊綜合評價法對蘇南丘陵不同林分類型土壤質量進行評價，結果顯示土壤質量指數從大到小依次為毛竹、杉木、馬尾松、櫟林、對照(裸地)，表明該地區的土壤質量總體處于中等水平[31]；白文娟等運用土壤質量綜合評價方法對黃土高原地區水蝕風蝕交錯帶土壤質量進行綜合評價，顯示研究區土壤質量的排序為：刺槐林地>農地>退耕草地>油松林地>沙蒿地>檸條灌木地>楊樹疏林地[32]；陳明亮等采用模糊綜合評價的方法對黃泛平原主要森林立地土壤的質量進行了評價，并將黃泛平原主要森林立地土壤按質量歸為三類，評價結果與林木生長的關系極顯著[22]?？梢娔：軌驕蚀_、科學地評價土壤質量狀況。 （3）灰色聚類法(簡稱灰色法)。本法基于環境質量系統的灰色性，考慮多項因子的綜合影響，將聚類對象對于不同聚類指標所擁有的白化數，按幾個灰類進行歸納，從而判斷該聚類對象屬于哪一級[30]?；疑m避免了主觀隨意性，但是，其過程繁瑣，不易掌握，其次，白化函數包含的污染范圍較窄一般在i一l級到i十1級標準值之間。當監測值超出這一范圍時，相應的白化函數值就會為零，這樣，仍有丟失信息的可能。黃彩霞等將寬域灰色聚類法應用于太原市5個區縣，評價結果與模糊綜合評判法的結果一致[33]；楊奇勇等通過運用層次分析法、模糊評價等方法改進了灰色關聯模型，并在山東省禹城市開展了系統土壤健康調查，實現了土壤肥力綜合評價定量化、自動化。評價獲取了研究區土壤肥力等級面積及其分布信息，與實地調查分析結果相符，表明運用該技術方法對土壤肥力評價的可行性和科學性[34]。該方法體現了變權重的思想，但這種僅根據評價標準確定權重是否合理值得探討。 （4）層次分析法(AHP)。這種方法把復雜的問題分解為各個組成因素，將這些因素按支配關系組成有序的遞階層次結構，通過兩兩比較方式確定層次中諸因素的相對重要性，然后綜合人們的判斷以決定諸因素相對重要性總的順序[35]。作為一種決策工具，AHP具有深刻的理論內容和簡單的表現形式，并能統一處理決策中的定性與定量的因素而被廣泛應用于許多領域。土壤環境分析與評價實際上是一個多因素綜合決策過程，因而將AHP應用于土壤質量評價不但可行，而且具有簡單、有效、實用的特點。劉夢云等采用層次分析法對寧南山區不同土地利用方式的土壤質量進行評價，其結果為灌木林地>天然草地>農地>人工草地>果園[36]；袁紅等運用層次分析法對三峽庫區萬州區的土壤（包括耕地和林地土壤）進行了較為全面、科學的評價[37]；岑靜等應用層次分析法對四川省巴中市通江縣廣納鎮地區的土壤進行了質量評估[38]；章海波等采用改進層次分析法(AHP)，并結合覆蓋整個香港地區的51個典型土壤剖面樣品進行分析。評價結果表明：香港地區的土壤肥力質量總體不高，有1/2以上調查樣點屬中等以下水平[39]；田野等為了解鞍山市千山風景區土壤（林地土壤）肥力質量，采用改進層次分析法對千山7個樣點的14個樣坑進行綜合評價，引進隸屬函數，消除了采用專家評分的辦法來確定指標間相對重要性的缺陷[40]。由此可見，研究者們采用改進的層次分析法，能更客觀、更準確地對土壤質量作出了評價。 （5）主成分分析法。其基本原理是：將具有一定相關性的原眾多指標，重新組合成一組新的互相無關的綜合指標來代替原指標。最經典的做法就是用F1的方差Var(F1)來表達，Var(F1)越大，表示F1包含的信息越多。因此在所有的線性組合中選取的F1應該是方差最大的，故稱F1為第一主成分。彭佳紅等采用主成分分析方法直觀定量地研究了亞熱帶區域幾種典型人工林生態系統林地的土壤質量指數，土壤質量指數得分以常綠闊葉林最高，其次是混交林和闊葉純林，連栽杉木純林最低。從而對其林地土壤質量進行了準確評價[23]；任麗娜等以河北木蘭圍場人工林為研究對象并采用主成分分析法評價了其土壤健康狀況[24]；楊鵬等采用主成分分析法研究煙臺市黃務鎮峰山破壞山體周邊7種植被恢復模式的土壤結構特征，對土壤結構健康綜合評價，結果表明土壤結構以灌草叢最差，麻櫟黑松混交林最好，其他人工植被恢復模式介于二者之間[41]；魏婉等以徐州石灰巖山地不同植被恢復類型土壤為研究對象，應用主成分分析方法對3種植被類型林分土壤健康狀況進行綜合評價，各類型林分土壤健康狀況排序為：針闊混交林>闊葉林>針葉林，表明針闊混交林能夠改善土壤健康狀況[42]。大量研究表明，主成分分析法是土壤質量定量評價中應用最為廣泛的數理統計方法，能夠客觀準確地篩選土壤屬性的變異性。#p#分頁標題#e# （6）人工神經網絡法。人工神經網絡（ArtificialNeuralNetwork，ANN）是一類模擬生物體神經系統結構的新型信息處理系統。從本質上說，它是一種黑箱建模工具，它能夠通過“學習”來仿真真實系統中的輸入和輸出之間的定量關系，為解決非線性、不確定性和不確知系統的問題開辟了一條嶄新的途徑[43]。ANN具有自適應性、自學習性、容錯性和聯想記憶能力等特點，而且操作簡單、具有真正多輸人多輸出系統的特點。目前，ANN應用領域極其廣泛，特別適合于模式識別和復雜的非線性函數關系擬合等，其中BP網絡（誤差反向傳播網絡）在實際應用中最為廣泛[44]。鄭小佳對不同坡位和不同母質下的土壤肥力特征與BP模型評價結果作了比較，選取了9個土壤肥力指標作為輸入層的節點，以土壤肥力質量等級作為輸出層。評價結果與土壤所表現出來的肥力特征一致[45]?？傊珹NN的優勢就在于對本質上屬于模式識別的土壤質量進行評價。我國森林土壤質量評價方法的發展處于起步階段，而土地評價方法則比較豐富和系統，主要包括參數法、模型法、景觀生態法、土地系統分析法和地理信息系統法，其中很多評價方法和原理可以借鑒到土壤質量評價之中[46]。土壤質量的綜合評價方法中，我國采用最多的是指數和法，即綜合土壤質量指數法，模糊評價方法也得到廣泛的應用，另外，目前我國有許多新方法用于評價土壤質量，比如層次分析法、投影尋蹤評價模型(PPE)和灰色關聯法等[13]。同時，GIS和土壤質量評價方法的結合是土壤質量評價的一個方向，胡月明等在評價廣東省東莞赤紅壤農業現代化實驗區土壤質量時，應用地理信息系統(GIS)技術，并與層次分析模型和灰關聯綜合評價模型相結合，計算灰關聯綜合評價值，得出評價單元按質量從劣到優排列的序列，應用ArcViewGIS繪制評價結果圖[47]。 目前國外常用的定量評價方法主要有：土壤質量指數法、土壤質量模型、多元線性回歸和土壤相對質量法[48]。表3和表4分別列出了幾種土壤健康評價的經驗模型和評價方法的優劣。當然，各種土壤健康評價方法都有一定的局限和不足之處，采用單一的方法不可能得到全面的結果，采用多種方法結合的綜合評價是解決實際問題的有效途徑[51]。 4討論 從以上分析可以看出，我國森林土壤健康評價具有較大的發展空間和應用前景，包括指標體系的構建、選取，典型區域森林土壤健康評價的標準界定及評價方法的選用等。對于森林土壤健康指標來說，指標多樣化，但沒有標準化，而且在森林土壤健康評價中，側重于土壤理化性質指標的應用，生物學指標相對較少，而森林土壤的生物學性質對人類活動的影響和外界環境條件的改變反應更敏感，因此應重點考慮土壤生物學性質。同時，應該將我國土壤生物學研究的進展和森林土壤健康的研究結合起來，利用生物學指標來評價森林土壤健康，包括生態健康的狀況，另外，需要進一步加強評價指標的標準化、綜合化和應用化，建立簡單、經濟、有效的可測定指標體系。目前，森林土壤健康評價的方法較多，各種方法具有各自的優劣性，采用單一的方法不一定能得到全面的結果，采用多種方法結合的綜合評價是解決實際問題的有效途徑，同時推崇對評價方法的創新，如與3S的結合等。發展評價方法也需要從指標體系上入手，指標體系的選擇往往比方法更為重要。 目前選擇方法和選擇因子兩個方面需要加強研究，但往往兩者存在著矛盾，有些方法較好，但是需要因子量較多，所以必須在這兩方面尋求較好的平衡和突破。同時，如何將森林土壤健康的研究成果應用于生產實際，是森林土壤健康研究者們值得思考的問題?？傊窈笠欢螘r間內的森林土壤健康研究工作應及時跟蹤國際森林土壤健康研究的最新進展，結合我國的實際情況，集中研究土壤健康評價指標與評價方法、土壤健康演變過程與機理等方面。