ABSTRACT

Soil health is vital to both food security and ecological stability and represents a key research frontier in soil science. However, the implications of soil health remain unclear and are often conflated with soil quality. In this study, plant growth performance was used as an indicator of soil health, assuming that better plant growth reflects healthier soil. We compared the growth rates of Dodonaea viscosa (L.) Jacq. in two different soil types—yellow-brown soil (Luvisols) with good soil quality (higher fertility), and dry red soil (Lixisols) with lower soil quality (lower fertility). Plants were grown in both untreated and treated soils, with treatments including nitrogen (N), phosphorus (P), combined nitrogen-phosphorus (NP) addition, and arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) inoculation in pot experiments. Soil quality was evaluated using the soil quality index. Our results show that the addition of limiting nutrients (N or P) and AMF significantly enhanced plant growth in both soils. However, D. viscosa consistently showed poorer growth in the yellow-brown soil than in the dry-red soil. This suggests that the yellow-brown soil, despite its higher soil quality, had a lower overall health. These findings highlight the distinction between soil health and quality and indicate that higher fertility does not necessarily equate to better soil health. Moreover, soil health appears to be plant species-specific, because different plant species respond differently to various soil conditions. Thus, advancing soil health initiatives should prioritise the identification of plant species that are most compatible with the specific attributes of the soil.

KEYWORDS: soil health; soil health assessment; soil quality; soil fertility; soil microorganism

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土壤健康不同于土壤质量内涵，它有动态的、因植物而异的属性

摘要(Abstract)

土壤健康对粮食安全和生态稳定至关重要，是土壤科学的一个重要研究前沿。但目前土壤健康与土壤质量还混淆不清。本研究将植物生长表现作为土壤健康的指标，即较好的植物生长则其土壤有较好的健康状况。盆栽试验中我们选择了土壤质量好(肥力高)的黄棕壤(Luvisols)和土壤质量低(肥力低)的燥红土(Lixisols)，采用氮(N)、磷(P)、氮磷联合添加(NP)和接种丛枝菌根真菌(AMF)处理。结果表明，添加限制养分(N或P)和AMF显著促进了两种土壤的车桑子（Dodonaea viscosa）生长，但车桑子在黄棕壤中的生长始终不如在燥红土中的生长。这表明，尽管黄棕壤的土壤质量较高，但其土壤健康状况较燥红土差。这些发现突出了土壤健康和质量之间的区别，并表明高的土壤肥力并不一定等同于好的土壤健康。此外，土壤健康取决于其上的植物物种，因为不同的植物物种对同一土壤有不同的生长反应。因此，土壤健康是动态的、因植物而异的。

关键词(Keywords)：土壤健康;土壤健康评价;土壤质量;土壤肥力;土壤微生物。

1 材料与方法

1.1 研究区域

本研究是在中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所的元谋研究站进行的。试验地点位于中国西南地区的元谋县(东经101°35′-102°05′，北纬25°25′-26°07′)。该地区是金沙江流域下游典型的干热河谷，气温较高(年平均气温20°C)，湿度较低(年平均降水量650毫米)。

根据FAO土壤分类，土壤类型分别为低活性淋溶土和高活性淋溶土；根据中国土壤分类，土壤类型分别为燥红土和黄棕壤。试验的植物是车桑子，主要生长在低活性淋溶土中，而不是在高活性淋溶土中。详细信息在我们之前的研究[27]中有描述。

1.2 实验设计

试验用盆栽进行。所有花盆(尺寸:上口直径26厘米×下口直径16厘米×高 24厘米)被随机安排在温室设施内。遵循初始饱和灌溉方案(执行直到从底部排水)，每个盆摘种植15-20颗的车桑子种子。车桑子是西南干热河谷的一种典型物种，具有较高的耐旱和耐瘠薄能力，广泛用于该地区的植被恢复。详细信息在我们之前的研究[27]中有描述。

1) N、P添加试验

每盆两株幼苗生长良好后，我们开始添加不同的营养物(氮/N和磷/P)。养分处理有四种: 1)对照(CK，不添加养分)；2)只添加氮(N)；3)只添加磷(P)；4)同时添加氮和磷(NP)。

2) AMF培养试验

试验设计包括高海拔黄棕壤和低海拔燥红土两种不同土壤类型，并结合3种AMF接种处理。每个处理组合(土壤×AMF)重复6次。三种AMF处理分别为:不接种AMF(对照)、接种非本地AMF(购买菌株)和接种本地AMF(从车桑子根际土壤中采集)。

以上详细信息在我们之前的研究[27]中有描述。

1.3 测量

植物高度用标准卷尺测量，茎直径用游标卡尺记录。植物成熟后，每个容器随机选择12片大小均匀的成熟叶片，并进行数字扫描。使用ImageJ软件进行叶面积量化。收获时，人工将植物组织分离成根，茎，叶。随后，所有样品在80°C下进行烘箱干燥，直到达到恒定质量，并记录干生物量。

1.4 统计分析

本研究收集的数据采用SPSS软件(19.0版)进行统计分析。采用三向方差分析(ANOVA)评价土壤类型、养分处理和接种AMF对植物生长特征、生物量分布等的主要影响和相互作用。在进行ANOVA之前，进行Shapiro-Wilk检验以确认数据的正态性。此外，应用最小显著差异(LSD)检验来比较土壤类型之间以及每种土壤类型中四种养分处理之间的差异。

2 结果（Results）

2.1 在两种土壤类型上添加N、P对车桑子生长的影响

结果表明，除株高外，土壤类型车桑子生长和生理特性均有显著影响(表1)。燥红土的株高、叶面积、根系和叶片生物量均显著高于黄棕壤(P < 0.05)，说明燥红土的健康程度优于黄棕壤。

2.2 接种AMF对两种土壤中车桑子生长的影响

结果表明，土壤类型、AMF处理以及土壤与AMF的相互作用显著影响车桑子生长和生物量积累(表2)。试验结束时，燥红土中车桑子株高、叶面积和生物量显著(P < 0.05)高于黄棕壤，说明接种微生物未改变土壤健康状况。

3 讨论（Discussion）

3.1 土壤健康不等于土壤质量，它因物种不同而不同

目前，大多数研究者认为土壤健康就是土壤质量[8]的代名词。本研究观察到，车桑子在黄棕壤(质量较高)中的生长速率低于在燥红土(质量较低)中的生长速率，对特定的植物来说，高的土壤质量不一定等同于更健康的土壤。这一差异强调了土壤健康并非仅由诸如肥力等物理和化学性质决定；它是一种动态的、依赖于植物的特性。因此，土壤健康必须从它所依赖的特定植物的角度来理解，因为不同的植物物种对同样的土壤表现出不同的反应。这些发现也得到了Lal[28]的支持，他指出，土壤质量和土壤健康这两个术语虽然相似，但不应该互换使用。此外，这也与土壤健康不是一个绝对的衡量标准，而是取决于土壤和植物物种之间的生物相互作用[29]的观点相一致。

最近的研究证实了这一区别。例如，Molefe[30]强调，土壤健康是由植物根系、微生物群落和有机质之间的相互作用形成的，而这些相互作用在不同植物物种之间差异很大。同样，Niu[31]认为不同的植物物种具有不同的根系结构和代谢活动，可以促进或阻碍土壤健康，进一步说明土壤健康具有高度的环境特异性和植物依赖性[32]。

因此，我们将土壤健康定义为:它是指土壤持续为其上某一类型植物的健康生命过程提供必要的物理、化学和生物特性的能力。这样看来，土壤健康涉及到特定的植物，是土壤-植物系统内的一个属性指标，如不涉及植物，则无所谓土壤健康。另一方面，土壤质量是指土壤的物理、化学和生物特性的综合表现，不涉及植物。它们之间的区别可以用下面的概念模型来说明(图1):

3.2 营养物添加和微生物接种，也不会改变特定植物不同土壤之间土壤健康程度的差异

土壤养分不相容或缺乏某些微生物会阻碍植物生长[27]。在本研究中，我们发现，虽然添加氮和磷以及接种丛枝菌根真菌(AMF)对车桑子的生长有积极影响，但这些干预措施并未改变植物生长土壤的整体健康状况。尽管生长性能有所改善，但在黄棕壤中，车桑子的健康状况仍不如燥红土(图2)。这些结果表明，营养物质和微生物调节，可以通过改善必需养分的有效性或促进有益微生物的活动来提高土壤质量，但不会从根本上改变特定植物物种的土壤健康状况，特别是当土壤的内在生物特性不利于植物的生长时。

这一发现与最近其他研究的结果一致，强调土壤健康主要由微生物多样性和活动等生物因素驱动，而这些因素很难通过营养物质等外部干预来改变。例如，一些研究人员[30,33,34]认为，添加营养物可以促进植物生长；然而，土壤固有的生物条件，如微生物种群，在决定土壤长期健康方面发挥着更重要的作用。此外，Wahab[35]关于菌根真菌的工作强调，微生物接种可以促进植物生长和养分吸收，但如果土壤基本结构或微生物群落与植物需求不一致，则不一定能改善土壤健康[36,37]。

3.3 植物-土壤相互作用和土壤健康的动态性质

众所周知，植物与土壤总是相互作用的，因此，土壤健康是植物与土壤系统中的一个重要指标[38]。作物根系及其相关微生物群落在土壤健康中的作用至关重要，不容小觑。植物通过其根系对土壤生态系统产生重大影响，根系不仅提供物理结构，还影响土壤中的微生物群落。研究[30,39]表明，具有广泛根系的植物可以通过促进微生物多样性、养分循环和有机质降解来改善土壤健康。此外，树木和深根作物有助于改善土壤孔隙度和有机质含量，从而促进土壤环境更加稳定和健康[40,41]。此外，有研究报道，土壤健康与土壤生物多样性密切相关，包括直接受植物根系分泌物和其他生物相互作用影响的微生物种群[42,43]。因此，仅仅关注土壤的物理和化学性质[28]是无法有效管理土壤健康的。相反，需要一种综合考虑植物多样性、微生物健康和生态系统管理的方法[44]。

认清土壤健康和土壤质量的差异，有助于更好管理和利用土壤。虽然土壤质量提供了土壤支持植物生长潜力的衡量标准，但土壤健康提供了对土壤功能和可持续性的更全面理解。可持续的耕作方式，如作物轮作、林业和生物变化的利用，可以通过促进微生物多样性和改善养分循环来促进土壤健康[46]。此外，我们的研究结果强调，土壤健康不是一个单独的概念，而是取决于土壤上特定的植物物种及其与土壤环境的相互作用。

4. 结论（Conclusions）

我们的研究结果强调，土壤健康是一种动态的、因植物而异的属性，超出了传统的土壤质量衡量标准。虽然营养物添加和微生物接种可以促进植物生长，但它们不一定会改变特定植物的土壤健康状况。土壤健康受到植物、微生物和土壤特性之间一系列复杂的相互作用的影响，对土壤的长期可持续性利用起着至关重要的作用。未来的研究应侧重于通过对植物物种的精心选择，来管理和提高土壤健康水平。