土壤健康：中國糧食安全之根

◎ 陳能場 何小霞

提 要: 隨著人類社會的發展，人類對土壤的認識不斷深化，相關認知包括土壤肥力意識、人體健康意識、土壤環境意識、地球關鍵帶意識、土壤健康意識和土壤安全意識。土壤安全事關人類可持續的未來。糧食安全問題的根本在于土壤健康，糧食安全問題的出路在于土壤的科學管理。土壤生物多樣性是土壤管理的關鍵，土壤有機質是土壤管理的核心。為了更好地讓土壤為糧食安全保駕護航，切實做到“藏糧于地，藏糧于技”，本文從農業頂層設計、政策法規、研究、技術、勞動者培養和科學普及五方面提出建議。

45.5 億年前，地球誕生，它處在離太陽不太遠也不太近的獨特位置，因而在38 億年孕育出最早的生命，到了5 億年前的寒武紀，地球出現生命的大爆發，生命開始出現在陸地上。陸地生命的存在成就了土壤這一獨特的物質。借助生命，土壤演化成具有團聚體的疏松多孔的多相體系，進一步成為陸地生命的搖籃；生命借助土壤不斷演化，讓地球變得多姿多彩。如今，人類腳下的土壤卻成為制約人類發展和文明持續的關鍵因素，2010 年《Science》刊發的有關文章警示，歷史上很多偉大的文明因為無法阻止土壤的退化而消亡，而今我們也正面臨著同樣的命運。美國土壤學會雜志在2011 年以“全球前景根植于土壤科學”為題開宗明義地指出土壤之于人類未來的重要意義。在我們進入土壤安全與中國糧食安全話題之前，讓我們先回顧一下人類認識土壤的過程。

一、人類對土壤的認知過程

人類最早起源于300 萬年前，而具有現代人類行為（語言能力）的人類則出現在5 萬年前，人類文明歷史不過1 萬年。在文明發展過程中，人類是如何認識土壤的呢？

（一）土壤肥力意識

古代文明出現在大河區域，天然條件是土壤肥沃的主因之一。最早的游耕讓先人認識到休閑過的土地能恢復肥力而增產，刀耕火種讓先人認識到燒過的土地肥力增加，進而，人們學會通過秸稈還田，施用糞肥、農家肥，灌溉，甚至種植豆科植物來增加肥力。但一些文明因為灌溉導致的土壤鹽漬化、或者隨著土壤的流失而消亡了。

（二）人體健康意識

到了20 世紀初期和中期，醫學尚不發達，人們無法知道是什么因素造成了人類疾病，但很多醫生意識到人類的健康受損最終可能歸因于土壤，撰寫了關于土壤與健康方面的書籍。1912 年諾貝爾文學獎得主Alexis Carrel（亞歷克西·卡雷爾）博士在《Man the Unknown》《神秘人類》一書中說，由于土壤是所有人類生活的基礎，我們對一個健康的世界的唯一希望寄托在被現代農學手法破壞了的土壤的和諧重建之上。土壤與人體健康直接關聯的最典型案例應該是美國土壤肥力之父阿爾布雷希特的研究。他分析了68584 個年輕水兵體檢表中的牙齒健康資料，并與其家鄉所在地的土壤關聯，發現來自美國東部（特別是東北部）的水兵牙齒最差，蛀牙率最高；其次是來自西部的水兵；牙齒健康狀況最好的是中部地區的水兵。這是因為美國東部雨量豐富，土壤高度發育，鈣流失嚴重；而西部土壤干燥，土壤發育差，土壤中的鈣未能充分釋放出來；中部的情況居于其中。在當時物流和人口流動有限的情況下，土壤健康程度（這里指鈣含量）就充分體現在依靠家鄉食物長大的士兵身上了。

（三）土壤環境意識

工業革命給人類帶來了極大的便利和發展，但通過廢水、廢渣和廢氣的大氣沉降給土壤帶來了污染。20 世紀初，在日本的神通川流域出現了原因不明的“骨痛病”，50 多年后的1968 年，終于認定是上游的礦山開采和冶煉排放的鎘進入食物鏈造成的環境健康問題。此后人們認識到土壤環境的重要性，許多國家先后制定了各種重金屬、農藥、有機毒物的土壤環境質量標準。

（四） 地球關鍵帶意識

糧食安全問題的根本在于土壤健康，糧食安全問題的出路在于土壤的科學管理。圖/中新社

長期以來，隨著工業污染物以及農業生產資料（化肥、農藥除草劑等）的大量排放，土壤的環境問題從土壤所在的區域對下擴散到地下水層，對上影響著地面植物體，也因此在20 世紀80 年代后科學家提出了“地球關鍵帶”一詞，將土壤過程和環境研究拓展到上至植物冠層下到地下水層的區域，以解決人類活動帶來的土壤環境安全問題。

（五）土壤健康意識

二戰后，原用于戰爭的氮肥被用于化肥施入土壤，以提高作物產量，并逐漸代替原來的糞肥和農家肥。長期大量的施用下，雖然作物產量得到極大提高，但土壤變得酸化、板結，土壤養分不平衡，土壤中的食物網變得不健康，土壤生態系統遭到損害，出現連作障礙問題等。到了1980 年代，土壤生態系統的健康問題開始重新得到重視，并被大量研究，研究者設計了土壤健康評估系統。2010 年以來，歐美、澳洲等地先后制定了土壤健康戰略和路線圖，人們充分認識到，也正如2015 年世界土壤日的口號所說，“健康土壤帶來健康生活”。

（六）土壤安全意識

隨著科學的深入發展和各種環境問題的出現，科學家發現，糧食安全、水安全、能源安全、氣候變化、生物多樣性和各種生態系統服務與土壤密切相關，土壤是以上各方面的核心。由此，在2014 年獲得土壤界的諾貝爾獎——道庫查耶夫獎的澳大利亞大學McBratney 提出了土壤安全概念，從性能、狀態、資本性、關聯性以及政策法規五個維度對此加以闡述。這一概念涵蓋社會、經濟和生物、物理等學科，比土壤質量、土壤健康和土壤保護的概念更寬泛、更綜合，為解決土壤安全問題提供了重要的理論框架。

隨著人類社會的發展，人們對土壤的認識也不斷深化。如今人們充分認識到土壤健康和土壤安全的重要性，土壤安全事關人類可持續的未來。

二、糧食安全問題的根本在于土壤健康

土壤這一物質神奇又復雜。早在500 年前，達·芬奇就說“我們對天體的了解比對腳下的土壤多得多”，如今，科技早已“上九天攬月，下深海探險”，但我們對土壤中微生物的分離培養不到1%。

土壤的神奇更在于土壤的團聚體結構及其所發揮的功能。土壤的高分子有機物質將納米級大小的黏粒、較大的粉粒和更大的砂粒粘合在一起，微生物和根系分泌的“黏膠”讓團聚體進一步變大且更加穩定，土壤有了大小不一的空隙，具備保水性能和通氣性能，黏粒和高分子的腐殖質表面帶有電荷，土壤因此具有保肥性能。團聚體及其形成的空間構建成為土壤中各種生物的家園，土壤的通氣和保水性能為土壤中各種生物的存活和繁殖提供了條件。1 克健康的土壤含有數百萬種生物，包括蚯蚓、線蟲、螨蟲、昆蟲、真菌、細菌和放線菌，這為土壤的物質分解和循環奠定了基礎。這些生物構成食物網，為植物的生長提供各種養分，推動著元素的地球化學循環。

健康的土壤具有強大的儲存養分和水分的功能，從而具有很強的環境復原力。土壤含1%或更低的有機質只能持水不到1 萬加侖/英畝（6236升/畝），含3%的有機質則可持2-3 英寸雨水或34923-52384 升/畝，持水能力相差5.6-8.4 倍。如果有機質含量從2%下降到1.5%，土壤的保肥能力就喪失14%。耕層7 英寸(18 厘米)含4%的有機質相當于5984 公斤/畝，含純氮314 公斤（N5.25%）。

此外，土壤有機碳庫是陸地生態系統表層最大和最活躍的碳庫之一，全球土壤有機碳的儲量為900Pg-2400Pg，中值一般認為在1500Pg。但是這一數據都是基于1 米土體來估算的。土壤中儲存的碳比所有植物、所有動物和大氣中碳的總和還要多，大體上是活體植物的4 倍或大氣的3 倍多，土壤碳量的微小變化深刻影響大氣中二氧化碳的濃度，帶來氣候變化，因此土壤固碳不僅有利于土壤健康，對緩解氣候問題更有其意義。6英寸表土中1%有機質中的碳量與農田上空大氣中的碳量相當。

農業表土有機質含量一般在1%-6%。一項對美國密歇根州土壤的研究表明，每增加1%的有機質，作物潛在的產量增加約為12%。在馬里蘭州的一項實驗中，研究人員發現，當土壤有機質含量從0.8%增加到2%時，每英畝玉米的產量增加了大約80 蒲式耳（359 公斤/英畝）。研究表明，要讓作物的產量不受土壤有機質限制，土壤有機碳含量要達到2%，也就是土壤的有機質含量要達到3.4%。

因此糧食健康的根本在于土壤健康，保障了土壤健康，也就做到了“藏糧于地”。

三、糧食安全的出路在于科學管理土壤

土壤的形成是一個極為緩慢的過程，在人類的壽命尺度上很難看到土壤的變化，也難感受到土壤的變化對于人類健康和未來的影響。平均來說，形成1 英寸的表土需要500 年的時間，在沒有人類活動的年代，據估計流失1 英寸的土壤需要1400 年，但是在人類活動影響下，目前流失1英寸的土壤只要60 年或更短的時間。土壤的性質很容易因人類的干擾而發生急劇變化，主要的土壤退化過程包括物理退化（例如，土壤結構下降、結殼、板結、侵蝕加速）、化學退化（例如，養分消耗、元素失衡、酸化、鹽漬化）和生物退化（例如，土壤有機質的消耗、土壤微生物活性和物種多樣性的減少）。

（一）土壤生物多樣性是土壤管理的關鍵

據研究，地球上至少有870 萬種生命與人類共存，其中約1/4 在我們腳下的土壤中。土壤中的生物參與地球化學元素的循環，分解和釋放巖石中的各種元素，轉化碳氮磷硫等物質，供給植物營養。植物光合作用產物的一大部分通過根系分泌到土壤中，植物的凋落物和死亡的根系都作為土壤生物的食物，供養著土壤生物，進一步推動元素的地球化學循環，土壤生物多樣性是地球演化的引擎。

（二）土壤有機質是土壤管理的核心

土壤有機質泛指土壤中來源于生命的物質，包括土壤微生物、土壤動物及其分泌物、土體中植物殘體和植物分泌物。土壤有機質可分為四部分，活的生物部分是土壤養分轉化的引擎，枯枝落葉等新鮮的土壤有機質部分是土壤生物潛在的食物來源，分解中的有機質是土壤生物的碳源和能源，也是構建土壤團聚體的“黏膠”，而變成穩定的有機質即腐殖質部分是土壤的養分庫，讓土壤具有緩沖性能。有機質對土壤的物理、化學和生物性質都有正面影響，因此，對土壤有機質的科學管理是“藏糧于技”的關鍵。

四、中國糧食安全現狀

從健康角度看，糧食安全包括數量安全、衛生安全和營養安全三方面。

數量安全方面。中國是一個人口基數大、平均耕地面積很少的國家，糧食安全問題一直得到高度重視，我國一直在堅守18 億畝的耕地面積紅線。為了應對復雜的國際環境和氣候變化，目前很多地方在退林還耕，確保糧食種植面積。

衛生安全方面。我國的大宗糧食產品還存在一定的風險隱患。這是因為綠色革命以來，種子的問題得到了很好的解決，良種帶來的高產大幅度地解決了人類的饑餓問題，但與此同時，化肥、農藥和除草劑的大量施用造成土壤退化。中國也不例外，有研究表明，從20 世紀80 年代到21世紀，全國農田土壤的pH 值平均下降了0.5 個單位，其中，在小麥、玉米、水稻等糧田里面，70%的酸化是過量施氮造成的；在果蔬田里面，過量氮對酸化貢獻度高達90%，相當于土壤酸量（H+）在原有基礎上增加了2.2 倍。在自然條件下，土壤酸化是一個相對緩慢的過程，土壤pH值每下降1 個單位通常需要數百年甚至上千年，而我國過去20 年來的高投入集約化農業生產大大加速了農田土壤的酸化過程。另一方面，對比1990 年發布的第二次全國土壤普查結果和2014年發布的《全國土壤污染狀況調查公報》，可以發現我國土壤中的重金屬含量在短時間內快速增加。以鎘為例，第二次全國土壤普查結果顯示，鎘含量算術平均值是0.097 毫克/千克，遠低于0.3 毫克/千克的標準，而《全國土壤污染狀況調查公報》中鎘的點位超標率達到7%，土壤酸化和重金屬污染的疊加增加了我國糧食的衛生安全風險。

目前，對我國退化耕地的修復包括高標準農田建設、污染耕地的治理等，都在進行之中。

在營養安全方面，世衛組織指出，隱性饑餓是目前全世界存在的問題，涉及人口20 億以上，對于發展中國家的人群，這個問題更加突出，主要存在鐵、鋅、碘、硒、維生素A 等微量元素缺乏。要解決營養安全問題，一方面要對微量元素缺乏的土壤施用這些肥料，如土壤缺硒的芬蘭從1984 年起對全國土壤補硒，經過20 多年的調整，如今食物中的硒達到了人體需要的較為理想的狀態。微量元素在土壤中往往有效性低，需要通過土壤生物的轉化以便作物根系吸收，因此土壤的健康程度在提高作物的微量元素方面尤其重要。

土壤生物多樣性是土壤管理的關鍵，土壤有機質是土壤管理的核心。圖/中新社

五、關于中國糧食安全的對策思考

自《全國土壤污染狀況調查公報》發布，土壤問題得到了前所未有的重視。2016 年出臺了《土壤污染防治行動計劃》，同年實施了《耕地質量等級》國家標準，2018 年出臺實施了新的《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準》。2019 年頒布施行《土壤污染防治法》。2022 年，我國開啟了第三次土壤普查，旨在全面查清我國土壤類型及分布規律、土壤資源現狀及變化趨勢，真實準確掌握土壤質量、性狀和利用狀況等基礎數據，提升土壤資源保護和利用水平，為守住耕地紅線、優化農業生產布局、確保國家糧食安全奠定堅實基礎，為加快農業農村現代化、全面推進鄉村振興、促進生態文明建設提供有力支撐。

為了更好地讓土壤為糧食安全保駕護航，切實做到“藏糧于地，藏糧于技”，筆者提出如下建議。

（一）在農業頂層設計方面統一表述

目前，我國農業總體上向可持續發展方向推進，但表述似乎不夠統一。如2021 年5 月農業農村部辦公廳發布《關于開展綠色種養循環農業試點工作的通知》， 2022 年1 月農業農村部辦公廳印發《推進生態農場建設的指導意見》，中國農大張福鎖院士大力倡導農業全產業鏈綠色發展，中科院城市與環境研究所朱永官院士提出“培育健康土壤，發展健康農業，支撐健康中國”。在農業頂層設計上，期待有統一的表述，以免因為名稱的不一致而產生歧義。

1992 年6 月，日本政府在《新的食品、農業、農村政策的方向》中首次提出發展環境保全型農業，并作為農業政策的新目標。環境保全型農業是“利用農業的物質循環功能，注重與生產力的協調，通過整地等使用化肥、農藥來減輕環境負荷的可持續農業”。在推進環境保全型農業發展過程中，構建了環境保全型農業政策和法律體系、農業技術體系和認證體系，將有機農業作為發展環境保全型農業的首選，有機農業的核心和出發點是土壤保護和土壤健康。日本關于有機農產品的法律與標準由農林水產省制定和實施，認證管理程序基本分為雙層申請、雙向調查、雙審認定、發證監管等四個環節。

（二）加強并完善土壤安全立法

在政策法規層面，我國雖然有了前述法律以及《食用農產品產地環境質量評價標準》《農產品產地土壤重金屬安全分級評價技術規定》，但對大宗的投入品如肥料等農資，只有《肥料登記管理辦法》，而《肥料管理條例》尚在醞釀之中，還沒有《肥料管理法》和《堆肥品質法》。我國需要進一步從法律上確保施入農耕地的物資的安全性。

據統計，日本有關土地管理方面的法律共有130 部之多，有《土地基本法》《農地法》《農地調整法》《農業振興地域法》（《農振法》）《農業經營基礎強化促進法》（《農促法》）《增進農用地利用法》《土地改良法》等；近20 年，制定了《食品、農業、農村基本法》（1999）、《家禽排泄物法》（1999）、《肥料管理法》（1999）、《可持續農業法》（1999）、《有機JAS 標準》（2000）、《堆肥品質法》（2001）、《農藥危害防治運動實施綱要》（2003）、《食物、農業、農村基本計劃》（2005）、《農業環境規范》（2005）、《有機農業促進法》（2006）、《關于有機農業推進的基本方針》（2007）等。

（三）進一步加強研究力量

在研究層面，雖然張福鎖院士和朱永官院士不遺余力地推進土壤健康的研究，但我國從事土壤健康研究的團隊和機構依然不足。歐洲、美國、加拿大、澳洲等都制定了土壤健康戰略或土壤健康路線圖，美國康奈爾大學在土壤健康方面開展了長期系統的研究，出版了大量書籍。我國自從“土十條”發布以來，國內很多研究團隊已經轉向對土壤重金屬污染的調查和治理，期待更多團隊加入對土壤健康的研究工作。

農業生產體系是一個多學科的系統，我國相關的跨學科研究工作較為薄弱。如土壤健康與碳固定技術是相互關聯的，固碳促進土壤健康，土壤健康有利于減少土壤碳對大氣的釋放；又如土壤健康與作物健康也是相互關聯的，土壤營養可以助力作物健康，作物健康也可以促進土壤健康。日本開發了由診斷、評估和對策構成的基于健康診斷的土壤病害管理系統。類似的工作值得我們借鑒。

（四）健全涉及農業安全的技術體系

技術與土壤健康和糧食安全有直接的關聯，從1990 年代開始，日本就推行GAP（良好農業操作規范）技術體系，旨在實現勞動者安全、土壤安全、生態安全和農產品安全，目前做到了面向每一種主要農作物的GAP 體系的建設。

（五）加強勞動者培養和科學普及

我國鄉村振興的開展、農村科技特派員制度的建立，有力地推動了農村和農業的發展。但目前我國的農業從業者大都是老年人，參加新型職業農民培訓的也大多是中老年人。為了實現土壤健康和糧食安全，需要加大培育新型從業者和科學普及的力度。

結語

人類從狩獵和采集進入人工栽培以來，已經經歷了四次農業革命。第一次是栽培、犁耕和畜力耕作；第二次是發明輪作、谷物和豆類間作及廄肥增強和維持肥力；第三次是農業機械化和工業化；第四次是品種改良、生物技術，即所謂的“綠色革命”。也因此，人類的發展并沒有陷入馬爾薩斯的人口論陷阱，時至今日，地球上生活著76 億人口。

與此同時，人類對土壤的認識也從土壤肥力，經過人體健康、土壤環境、地球關鍵帶、土壤健康到了土壤安全的高度。

經過了四次農業革命，特別是“綠色革命”的洗禮，如今，因為化肥、農藥、除草劑的過度施用，有機質沒有及時得到補充等原因，很多耕地土壤已經失去了“生命”，變得了無生機。與此同時，地球上的人口在短期爆炸的同時，糧食產量雖然持續增加，但也接近了“天花板”。聯合國糧農組織2015 年出版的《世界土壤資源狀況》一書指出，世界上將近1/3 的土壤嚴重退化。土壤未來是否還能支撐地球上日益膨脹的人口需求，已經成為人類共同面臨的問題。

我們腳下的土壤如何持續養活這個星球上的蕓蕓眾生，唯一的答案在于土壤健康，需要讓土壤重新煥發生機。因此，正如《耕作革命》一書所說，我們需要開展第五次農業革命——耕作革命，即面向土壤健康和土壤安全的革命。