世界主要国家土壤调查工作回顾

张维理，Kolbe H，张认连，张定祥，白占国，张晶，师华定

1中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，中国北京 100081；2德国撒克森州立农业科学院，D-01683, 德国；3中国国土勘测规划院，中国北京 100035；4荷兰世界土壤信息中心，6700 AJ, 荷兰瓦格宁根；5中国农业科学院农业信息研究所，中国北京 100081；6生态环境部土壤与农业农村生态环境监管技术中心，中国北京100012

0 引言

万物土中生。土壤是陆地生命过程的基础，是人类赖以生存的基本资源。土壤调查是了解土壤资源与质量状况的基本方法，也是人类科学利用土壤资源，进行耕地保护和保育，提高农田生产力，了解土壤和环境过程的基本方法。中国早在公元前 1 000 多年前就进行过土壤调查。在《尚书·禹贡篇》《周礼》《管子·地员篇》《汜胜之书》《齐民要术》中，已有关于土壤调查的总结和记载。世界各国具有现代科学意义的土壤调查始于19世纪末。自1883年俄国土壤科学家Dokuchaev提出土壤发生分类学以来，世界各国先后在全国范围开展了土壤调查。中国、欧美各国、日本、澳大利亚等已于20世纪完成了全国性的土壤分类调查和土壤图编制。农田土壤是最重要农业生产资料，为科学管理和利用农田，人均耕地资源紧缺的德国、奥地利等欧洲国家，20世纪中叶以来在全国范围实施了包括耕地和草地在内的农田土壤基础地力调查与评价。20世纪末以来，中国结合国土资源调查，也在推动农用地分等定级调查与评价。进入21世纪，随着全球性经济和人口快速增长导致的气候变化、粮食安全和环境污染危机，各国土壤调查的目标和内容发生了变化，从土壤的资源调查更多转向土壤功能调查。如中国自2005年以来实施了全国土壤污染调查、全国农田土壤养分调查，欧美一些国家在近年间也先后开展了土壤污染调查、土壤碳储量调查、土壤微生物性状等方面的调查。

全国或大区域范围的土壤调查能提供各地土壤资源与质量状况的详尽信息，但调查覆盖范围大，需要进行大样本量的野外观测、地面采样和分析化验，需要投入的人员和资金多，完成全域调查所需时间长。例如，美国在分县实施全域覆盖的土壤分类调查中，最早开始的县完成于1899年，而一些较晚开始调查的县则完成于 2005年，整个调查延续了一个世纪。德国尽管疆域较小，但实施的农田土壤地力调查与评价，采样密度大，全国共采集、分析了约1 000万个农田土壤剖面样本，该项调查始于1934年，延续至今，在采样调查高峰期，参与人员达上万人，这项调查不仅耗资巨大，覆盖时段也近一个世纪。中国在20世纪80年代进行的全国第二次土壤普查（以下简称二普）中，采样、观测的土壤剖面样本量达到550万个，在地面调查采样高峰期，参与人员达到20万。而对二普完成全国分县大比例尺土壤图和剖面观测记录的数字化整合也才刚刚完成，从调查采样到最终完成覆盖全域高精度土壤图的数据整合，持续时间也近半个世纪。德国于2008年启动的全国陆域有机碳储量调查，采用网格化的米字型采样法，全域3 104个采样点，至今仅完成占陆域2/3的耕地和草地地面采样和初步分析，林地尚未完成。那么，这些调查周期较长、耗资巨大的土壤调查结果的时效性究竟如何？是否需要更新调查？随着科技进步，土壤采样调查方法、调查科目、调查结果的表达方法也在变化。例如各国20世纪90年代之前进行的土壤调查均是在大比例尺地形图上人工标识采样点和调查结果，由经验丰富的土壤科学家依据土壤要素空间分布规律、土壤与相关要素空间相关性和依赖性规律，通过人工综合判图，手工完成土壤图勾绘。而近年来，土壤调查已广泛采用GPS定位技术和地统计学方法。在这些时间跨度长的大调查中，前期和后期采用不同技术手段、方法完成的调查工作，能否相互衔接？应当怎样衔接？

土壤作为一个生命过程活跃的载体，在较短年限中，一些土壤理化性状会发生变化？例如，农田耕层土壤有机碳含量的变化周期通常为 20—30年。受农作措施影响，农田土壤氮、磷、钾等有效养分含量及土壤酸碱度在3—5年，甚至在当年即可发生较大变化。实际上，20世纪中后期以来，为保证土壤调查结果的时效性，许多国家已将与科学施肥密切相关的、易变的、土壤化学性状的采样测试纳入农田养分管理和耕地保育技术体系。由各地技术支撑体系协助农民，落实相关技术标准，对田块进行定期取样，而不再将全国性的农田土壤养分普查作为重点。那么，在这些国家，全国性的土壤调查与科学施肥和耕地保育所需的测土，如何分工和实施？调查方法、运行机制各自有什么特点？中国人均耕地资源紧缺，而高产、稳产、适合现代化大农机作业的耕地资源尤其紧缺。随着城市、工业发展对城市周边优质土地资源的占用，保护和保育耕地土壤资源，以有限耕地实现粮食安全，满足社会和经济发展对农产品数量和质量的双重需求，是实现中国农业可持续发展重要前提。为此，中华人民共和国成立以来历届中央政府对全国土壤调查工作高度重视，已于1958—1960和1978—1990年间，由国务院批准，分别实施了全国第一次和第二次土壤普查，2022年又启动了第三次全国土壤普查在未来，随着科技、经济和社会的继续发展，中国也还会进行新的土壤调查。

本文目的是通过回顾世界主要国家已经完成和正在实施的全国性土壤调查的目标、内容、实施方式方法、调查结果应用状况，阐明土壤调查方法和全国性土壤调查的特点和优势，分析中国以往完成的土壤普查工作的成果特点，弄清这些成果与未来全国性土壤调查工作的关联，厘清已经完成的工作基础和有待弥补的短板，以便更好发挥土壤调查方法的作用，提升中国耕地保护和保育科技水平，促进农业的可持续发展。

1 土壤调查的不同类型

土壤调查是通过野外观测、土壤采样和化验分析了解土壤资源与质量性状。对各国自19世纪末以来一个多世纪实施的土壤调查工作的总结表明，各国土壤调查工作按其目标、内容和产出可大致分为土壤分类调查、农田土壤基础地力调查与评价、科学施肥与耕地保育土壤采样调查、土壤环境质量调查四大类型。

土壤分类调查指通过土壤剖面采样和观测，依据土壤发生分类学，将不同土壤进行归类和命名。土壤分类调查的主要产出是土壤图和土壤剖面理化性状表。因而，狭义上的土壤调查亦指土壤分类调查。分类调查的主要产出——土壤图展现了各地不同土壤类型的分布状况。而土壤类型名则概括表达了各类土壤的主要成土过程以及综合性的典型特征。如黑土是指温带半湿润草甸草原条件下形成的，具深厚腐殖质层的土壤类型，土壤呈黑色，富含有机质和各种养分；褐土是指在暖温带半湿润区形成的，具有弱腐殖质表层和黏化层土壤，土壤呈棕褐色，盐基饱和度较高。一般而言，土壤类型归为同类的土壤，其成土过程接近，土体构造、理化性状也比较接近。土壤分类名是土壤最基本的属性之一，直接影响土壤生物和环境过程。在狭义的土壤调查中，调查更关注观测和记载与成土过程相关的土壤理化性状。

农田土壤基础地力调查与评价则是通过土壤采样调查，对每个田块的土壤基础地力进行等级评价，主要产出是每个地块的地力等级值和该地块的农田土壤基础地力理化性状表。德国、奥地利等欧洲国家实施的农田土壤地力调查与百分价评价、中国在国土资源调查中开展的农用地分等定级工作均属于此种类型。这类调查获得的地力等级值通常简单易懂，便于非土壤学专业人员乃至农民使用。农用地的基础地力等级指标在农田管理与保护、土地交易、租赁、税收、农业补贴等多方面有大量应用。由于农田土壤基础地力等级与作物产量关系密切，这一指标在科学施肥、耕地保育和农业环境技术政策实施中也有大量应用。各国在农田土壤地力调查与评价中，更侧重于对土层厚度、土壤质地、土体构造、土壤持水性状等土壤质量稳定性指标的获取和评价。

科学施肥和耕地保育所需土壤化学性状的采样调查。在农业生产中，为进行科学施肥和耕地保育，需要周期性地对一些特定土壤化学性状进行采样调查。例如每年或每茬作物播前，通过测定土壤矿质氮含量，确定当季作物的氮肥施用量。每隔几年通过对田块的土壤采样和土壤酸碱度、有效磷、有效钾的测试，确定最佳的石灰用量和磷、钾肥用量由此，科学施肥与耕地保育所需的、周期性土壤采样调查已经逐步成为现代农技服务业的重要组成，而这类土壤采样调查也以土壤化学性状等土壤变化性要素为主。调查产出主要是地块的施肥推荐和耕地保育建议。

以环境质量为主题的土壤调查。20世纪末以来，随着对水、土、气环境污染，气候变化，生物多样性下降，农产品污染等问题关注度的提升，各国陆续开展了以环境质量为主题的土壤调查。这类调查主要指通过对土壤的采样调查了解人类生产、生活方式引起的环境与农产品污染、气候变化、生物多样性下降等问题。在地球的五大圈层中，土壤圈既比较稳定，其生命过程亦十分活跃。通过土壤采样调查，可为多研究领域提供线索，便于了解环境变化，了解人类生产、生活方式对环境的影响。这方面的土壤调查包括土壤重金属、有机污染物调查，面源污染，土壤有机碳储量，生物多样性变化等。这类调查既有重点区域，也有全国范围的调查。在环境质量主题的土壤调查中，随关注问题和调查目标的不同，采样和调查方法差异较大。主要产出为专题图和评价报告，供相关科研和管理部门了解和研究环境问题，制定环境政策参考和使用。

四类土壤调查的目标、产出、采样设计和主要调查科目列于表1。从表1可见，在不同类型的土壤调查中，由于调查目标和产出不同，不仅调查科目不同，采样布点原则、采样密度和土壤采样深度也各不相同。例如，农田表层土壤水溶性磷含量与农田磷流失量密

切相关，计算流域农田面源污染贡献率，采集和测定0—5 cm表层土壤水溶性磷含量即可；评价农田土壤磷素供应丰缺状况，通常要测定0—20 cm耕层土壤有效磷含量；量化表征农田土壤储水性能，则需采集和测定0—100 cm剖面土壤分层样本；计算土壤碳储量，需要采集0—100 cm土层，甚至0—300 cm土层的分层土壤样本。这使得某一类调查获得的土壤样本和调查结果不一定能覆盖其他类别调查的特定需求。例如，由于调查目标，采样要求、调查和评价方法不同，以弄清土壤分类为主要目标的土壤调查获得的土壤样本和测试结果，不能满足科学施肥和耕地保育对农田土壤理化性状及相关指标的需求，也难以替代田块尺度的农田土壤基础地力调查与评价。

表1 不同类型土壤调查的目标、产出、采样设计和调查科目Table 1 Objectives, outputs, sampling designs and items investigated in different soil surveys

2 土壤分类调查

土壤发生分类学的建立推动了各国以查清土壤发生类型及其分布特征为主要内容的土壤调查。土壤发生分类的核心思想是根据土壤在气候、生物、地形、母质、时间五大成土因素影响下的形成过程及标志性特征对土壤进行分类和命名，以便人们识别不同类型、性质的土壤。分类调查是各国近代最早进行，也是在全球范围最广泛实施的土壤调查。

2.1 调查内容、地面采样与调查方法特征

不同土壤类型最典型的特征是成土过程所导致的土壤剖面差异，因而分类调查中，需要在调查区域内，根据成土的地带性特征，进行野外观测和剖面采样，依据对0—100 cm以至更深土体各发生层段土壤的观测、样本采集和理化性状测试，进行土壤分类、命名。例如，按中国土壤分类系统，将南方多雨条件下、脱硅富铁铝风化作用下形成的、具深厚红色土层的土壤划归为红壤土类。而内蒙古高原、大同盆地等半干旱暖温带草原及灌木条件下，将弱黏化、弱淋溶作用生成的、具栗褐色土层的土壤划归为栗褐土土类。

分类调查地面采样的布点原则是采样点能区别出不同成土过程生成的各类土壤及其空间分布特征。对于平原区，当较大区域内成土因素一致时，不需要设置很多剖面观测点，即可确定其土壤类型。而对于山区，因气候、地形、植被等成土条件在小范围内变化很大，成土过程较平原地区复杂，要弄清不同土壤发生类型之间的边界，需要设置更多的剖面采样点。这可能导致在分类调查中，对平原区重要的耕作土壤只采集了较少的土壤剖面样本，而对山区则采集相对较多的剖面样本。

中国、欧美各国、日本、澳大利亚等全国性分类调查主要实施于20世纪，由于当时尚缺少3S技术，分类调查通常是在大比例尺地形图上标识采样点及土壤类型，通过人工综合判图，依据多点调查结果完成土壤图绘制。依据上述方法，中国和世界主要发达国家在20世纪投入较大人力和物力，基本完成了全国范围的土壤调查、大比例尺土壤图绘制和典型剖面点数据。其中，美国分县实施的土壤分类调查和土壤图编制持续时间较长，最早的完成于 1899 年，而一些较晚的县完成于 2005年。在较晚进行土壤分类调查的县，采用了 GPS定位技术、地统计学和模拟技术进行土壤图编制。美国在进行全域土壤图数字化时，对不同时段完成的土壤图进行了拼合，将较早完成的纸质土壤图进行了矢量化，而对后期采用数字土壤制图方法完成的分县数字土壤图，直接采用其数字产品。

分类调查中，在对土壤剖面各发生层段进行现场观测记录的同时，通常选择各土类代表性剖面点，采集其各发生层的分层土壤样本，对一些有助于确定分类的土壤理化性状进行分析化验，表1汇总了各国在分类调查中常见的土壤理化性状分析科目。二普中，中国在全国采集了550万个剖面观测样本，分县完成了1∶5万比例尺土壤图的绘制，同时还完成了10 余万个典型剖面的分层采样、理化性状测试和记录。对二普完成土壤图和典型剖面数据的地统计检验结果表明，由于地面采样量大，二普完成的大比例尺土壤图和典型剖面数据反映的土壤要素空间分布特征，可靠性达极显著水平。二普完成的土壤调查数据，是中国目前最详尽的土壤资源基础信息。其精度与土壤理化性状科目丰富度超过许多发达国家土壤分类调查获得的土壤质量基础数据。

2.2 调查结果的现势性与后续调查

土壤分类调查的主要产出是土壤图。自然条件下的成土过程通常需要数万年。仅个别因人为垦殖活动生成的土类，如水稻土可在较短年限生成。受成土过程影响，土壤图所展示的土壤类型及其分布状况具有很长时效性，其 CRT值（土壤特性响应时间，characteristic response time）达上千年，可长久使用。在土壤分类调查中，剖面调查的科目以同成土过程密切相关的稳定性要素为主，如：成土母质，剖面土体构造，剖面土体各发生层的厚度、质地类型、颜色，有机质、全氮、全磷、全钾含量，土壤硅铝率、铁铝率等。典型剖面通常也含有一部分受人为措施或环境条件影响，在较短年限易发生变化的土壤属性，如土壤容重、pH等，这些变化性要素的改变主要发生于剖面的表层土壤。

由于土壤分类调查以稳定性土壤要素为主，而主要发达国家已于 20世纪完成了土壤分类调查和纸质土壤图的编绘，进入21世纪，这些国家基本未再进行过全国性的土壤分类调查，仅对尚未实施过分类调查的空白区进行缺区补漏性质的调查，工作重点转入对已完成纸质土壤图和土壤剖面数据的数字化整合和建库。中国目前已完成了对二普分县纸质1∶5万土壤图和土壤剖面资料的数字化整合，同时还完成了覆盖全域1∶5万比例尺土壤图的全表达。

2.3 调查结果的应用

各国土壤分类调查完成的土壤图和土壤剖面理化性状表主要用于科研、农业和环境领域。例如，在气候变化研究中，土壤图和剖面分层土壤有机质含量和容重为各国和全球陆域碳储量估算和碳减排对策编制提供了重要依据。土壤发生类型还直接影响科学施肥和农田土壤保育技术措施。在中欧国家，根据成土过程对农田肥力的主要影响，通过对土壤分类系统的大幅度合并，抽提出极少几个对施肥和耕地保育具重要影响的土壤发生过程，将其用于编制科学施肥和耕地保育分区、分类、量化技术指标，促进了分类调查成果为农民应用。例如源于山地薄层土的农田土壤，因土层浅薄，土壤砂砾含量高，土壤保肥性能差，在产量预期相同条件下，每次施用氮、磷、钾肥料和石灰的推荐量仅为其他类别土壤的40%—60%。

由于各国在土壤分类调查中完成的土壤剖面点理化性状指标丰富、数据量大、覆盖全域、其分析方法比较一致，这些剖面数据广泛用于研究土壤与环境过程。

2.4 存在问题

各国土壤分类调查分别实施。不同国家和地区所处气候带不同，成土过程不同，拥有的土壤资源类型和人均土壤资源量不同，经济与科技发展水平不同，语言习惯不同，采用的分类原则、命名规则、地面采样密度不相一致，调查目标也有一定差异，最终形成的土壤分类系统也各不相同。例如，与美国相邻的加拿大就未采用美国的6层级土壤分类体系架构，而是采用了5层级分类体系；前东德和西德则分别建立了两套土壤分类系统，两套系统层级架构、各层级涵义和边界也有一定差别。这造成各国，甚至一个国家内土壤分类调查结果不便进行交流和共享。1992年以来国际土壤学会世界土壤资源参比基础（world reference base for soil resources）工作组一直试图建立一套世界土壤资源参比系统，以便不同国家土壤类型与土壤资源信息之间能够进行比较和信息共享，但这方面进展并不顺利。由于对分类系统的调整将导致各国国内各行业都需要重新学习和适应新的土壤名称，而各国土壤分类系统之间的不一致并不影响土壤调查成果在本国或本地区内的应用；因而至今尚无一个发达国家为了与国际一致，或为了统一土壤科学家在土壤分类认定上的区别，重新进行全国性的土壤调查。例如，尽管东、西德合并已40年，现在仍是两套系统并用，涉及到东德地区土壤使用原东德分类系统，涉及到西德地区土壤使用原西德分类系统。为促进国际交流，各国更趋向将本国现有土壤分类系统与WRB关联。史学正通过剖面比对建立了中国各土类与WRB土组的关联。

如前所述，各国土壤分类调查的主要产出是土壤图和土壤剖面数据表，土壤图主要含土壤类型名及其空间分布特征，而土壤剖面数据表则既含土壤类型名，还含剖面各分层理化性状。每个采自特定点位的土壤剖面，虽能反映某一类土壤成土过程的典型特征，但将土壤分类调查所获剖面点理化性状通过土类挂接，直接作为土壤图数据的属性应用，将导致较大的误差。因而，虽然源于相同调查，要了解剖面数据所含土壤理化性状，如土壤有机质、pH、全氮、全磷含量的空间分布特征，需要利用采样点数据对其进行各自独立的地统计建模和专题图制图。

3 农田土壤基础地力调查与评价

精细的土壤分类调查所完成的大比例尺土壤图，尽管能反映由成土过程差异导致的各地在土壤资源与质量上的区别，但这种区别是用复杂的、多层级土壤分类系统和数量庞大土壤类型名表达。例如中国和美国分类系统仅在亚类一级已经达数百个，德国分类系统在土种一级诊断指标达40项，从高级分类到土属（土族）、土种（土系）等低级分类达上万个组合，这使得其他行业，包括非土壤分类学专业的土壤科技工作者很难将庞大的分类学名词解译为更便于理解和应用的土壤质量指标。造成各国投入大量人力、物力完成的土壤图难以为农业、土地、环境等行业的人员直接应用。与此同时，土地管理部门、农民和企业在进行农田土壤资源管理和生产经营活动时，迫切需要更方便、好懂的农田土壤质量分类指标。在人均耕地资源紧缺的德国、奥地利等欧洲国家，为保护耕地，特别是保护优质耕地不被占用，同时也便于按照农田土壤肥力等级进行农田租赁、交易、农业税收、补贴、借贷、保险、耕地保育等，自20世纪中叶以来投入大量人力和物力在全国范围内进行农田土壤基础地力调查与评价。为推动这一工作的实施，这些国家多次发布了相关法律和法规文件。

3.1 调查内容、地面采样与调查方法特征

德国、奥地利等中欧国家农田土壤地力调查与评价的主要目的，是为每个田块的基础地力等级给出简明易懂、具有官方认证性质的土壤肥力等级值。德国采用了容易为农民和管理部门应用的农田土壤百分价指标。农田土壤百分价用来表示农田土壤本身能达到的自然生产力。土壤百分价等级之间的差别仅取决于土壤的自然生产力等级，与施肥、灌溉等农作措施无关。100分为基础地力等级最高，40分以下已不适合用作耕地。农田土壤百分价评价包括耕地与草地两大类型，前者称为耕地土壤百分价，后者称为草地土壤百分价。

为获得每个田块的土壤百分价等级值，地面采样调查的主要科目为影响农田基础地力的土壤稳定性要素，包括：土层厚度、剖面土体分层质地类型、有机质累积等级、石灰含量、土体构造、对农田基础地力有重大影响的成土类型、土壤结构等。这里，对农田基础地力有重大影响的成土类型是指将德国目前五层级土壤分类系统（土门、土级、土类、亚纲和土种）中的近万个分类组合名融合为5种土壤类型名，用以分辨对农田土壤基础地力影响最大的5种主要成土过程。

德国用于放牧或牧草生产的草地，其土壤条件通常劣于耕地土壤，草地的自然产草量等级受水、热、光照等气候条件和土壤持水条件影响较大。低温，光照不足，长期淹水或干旱条件，草场自然产草量将较低，因而在草地地力评价时，将气候条件类型和土壤常年水分条件等级纳入评价中。

为获得每个田块的土壤百分价等级值，按调查和评价规程，要求以50 m网格尺度为地面采样调查基础单元，每个具有独立地籍编码的田块至少要布设一个剖面采样点，当田块面积较大时，需要布设多个剖面采样点。调查中，德国共挖取了约 1 000万个0—100 cm的农田土壤剖面，对每个剖面进行了分层采样、观测和化验。按照全国统一的地力综合评价规范，依据土壤剖面的采样分析结果，给出每个田块的耕地或草地土壤百分价等级值，并在具有官方认证性质的农田地籍登记册中记录该田块的农田百分价等级值，同时在1∶5 000比例尺的田块图上标识每个田块上采集的1或多个土壤剖面点的点位，对调查所获土壤剖面点理化性状进行造册登记。

由于要对每个田块进行采样、调查和评价，地面采样量大，这项调查投入了巨大人力、物力。在采样调查高峰期，参与地面调查的技术人员达上万人。自1934年始直至20世纪60年代中期，本项调查的主体工作基本完成。

3.2 调查结果的现势性与后续调查

农田土壤基础地力调查的主要内容是每个田块能达到的自然生产力等级——农田土壤百分价，以及每个田块剖面的土层厚度、剖面土体分层质地类型、有机质累积等级、石灰含量、土体构造、对农田基础地力有重大影响的成土类型、土壤结构等影响农田基础地力的土壤稳定性要素，这些指标在较长年限中变化较小，该项调查结果具有很长时效性。

尽管该调查以土壤稳定性肥力质量要素为主，受土地利用变化影响，例如将荒地或草地改为耕地，通过矿区复垦获得新的农田，或土地权属发生变化，仍需要对有变化的地块进行新的调查和造册登记。在一些特殊地貌、地形条件下，受水土流失影响，当农田土壤土体构造、质地等物理性状发生较大变化时，也需要对有变化的少量区域进行更新调查。在德国，这项调查的结果（包括含剖面采样点标识的田块图、该田块的农田百分价和土壤剖面理化性状表）分别存放于地籍管理部门和税务部门，供各行业及公众查询、调用；后续更新调查也由地籍管理部门和税务部门共同负责实施。为此，德国各区、县地籍管理和税务部门均设置了农田土壤地力调查与评价业务部门，由其负责实施少量的更新调查。地籍管理部门负责测量及核实地界，税务部门负责调查及核查农田土壤质量。当有较大规模补充调查任务时，也由这些部门负责组织、协调和落实相关调查。

该项调查产生的1∶5 000比例尺的田块图件、田块土壤剖面图表文档量庞大，许多州至今仍未完成对调查生成纸质图件的矢量化。主要采用文档管理方式，通过地块编码，将纸质地块图件编码与纸质田块土壤剖面理化性状文档编码关联，农民和各行业用户能从地籍管理和税务部门方便的查询、调用和复印每个地块的边界、农田质量评级和土壤剖面基础数据。

3.3 调查结果的应用

中欧国家农田土壤地力调查与评价结果自 20世纪启用至今，广泛用于土地管理、农业税收、农业补贴、农田租赁、交易、借贷、保险、耕地保育等业务。土地管理部门在建设用地审批中，根据耕地土壤百分价控制优质耕地不被占用。在确定农田租赁、农田交易费用，或按农场经营面积确定农业税收和农业补贴额度时，也可方便地按下式折算为农田总值。当一个农场需要租赁多个地块，可按各地块的面积和土壤百分价累加计算其总值。

这里需要提及的是，为了保护农业和保护农民，中欧国家对农田的赋税较低，通常每公顷耕地仅几十欧元，且需由土地所有者而不是租赁农田的农民赋税。农业补贴额度则较高，通常每公顷耕地数百欧元，由实际种植农田的农民而不是土地所有者领取。

中欧国家农田土壤地力调查与评价不仅完成了每个田块的百分价评价，更重要的是通过剖面采样调查，为每个田块建立了包括土层厚度、剖面土体分层质地类型、有机质累积等级、石灰含量、土体构造、对农田基础地力有重大影响的成土类型等土壤稳定性肥力要素的基础信息档案。这些基于土壤调查的、田块尺度土壤质量基础数据为农民进行科学施肥，选择适合的轮作、农业机械和灌溉设施提供了依据，在耕地保护、保育和粮食安全多方面发挥作用。每个农田的田块图、农田土壤百分价值连同田块土壤剖面理化性状表，对各业界影响巨大，成为这些国家百年农田土壤质量基础数据。

3.4 存在问题

在全国范围进行每个地块的农田土壤基础地力调查，主要困难是需要较高密度的土壤剖面采样和综合评价，投入的人力、物力大。中欧国家也是在20世纪中叶，在人力资源成本较低时，作为一项由国家投资的公益性工作，通过联邦和各州农业、科技、农技推广、土地管理、税务等多部门专业力量的协作，共同完成了地面采样调查和评价工作。

中国20世纪末以来，结合国土资源调查工作，也在推动农用地分等定级工作，但这项工作主要集中于农用地质量、价格调查与评价的理论体系和技术框架构建，尚未见大规模地面采样和调查。中国以往实施的全国性土壤调查，以土壤分类调查和农田土壤养分调查为主，分类调查中的土壤剖面采样设计，包括布点原则和调查采样密度与农田地力调查与评价差别较大（表1），调查结果难以满足为每个田块建立一套土壤肥力基础信息底档的需求。为对农田按其质量进行等级划分，中国先后于2012年和2016年由国土资源管理部门和农业部门牵头发布了农用地质量分等规程与耕地质量等级两个国标。在两个国标中，对农田等级的调查与评定方法、分级指标和工作流程并不一致。

中国目前土地（含农用地）详查与土壤调查分别实施，地籍管理中农田田块地籍码的缺失，农田土壤质量信息的缺失，使中国至今难以对耕地进行数量和质量的合并管理，造成尽管耕地总面积不减，但城市周边土壤肥沃、土层深厚、灌溉条件好的农田不断被城市和工业发展占用，而田块破碎、土层较浅、没有水利灌溉配套设施、大农机作业困难的山地农田则保留下来。其结果是优质耕地被占用，劣质农田进入1.2亿公顷（18亿亩）红线。这不仅极大影响中国粮食安全，也极大阻碍中国实现科学、精准的农业补贴和农业环境补贴，实现农业和经济的可持续发展。

根据FAO发布的统计数据，2017—2019年间中国、德国、法国、美国、澳大利亚人均可耕地面积分别为0.08、0.14、0.28、0.48和1.25 hm，中国人均耕地较中欧国家更少。中国目前已进入人力成本较高发展阶段，很难采用20世纪中叶流行的大样本量地面剖面采样方法，对每个农田地块进行高密度采样和基础地力评估。与此同时，中国土地所有制、管理体制与发达国家不同，探索与中国耕地保护和管理方式相适应的农田土壤地力调查与评价方法、运行机制，为每个田块建立精准、可靠、科学、可长期使用的地力基础数据，对中国实现粮食安全、环境安全和可持续发展十分重要和紧迫。

4 科学施肥与耕地保育所需农田土壤化学性状调查

如前所述，无论是土壤分类调查，还是农田土壤基础地力调查，主要是对土壤稳定性要素的调查与评价。但土壤中的一些性状，如耕层土壤有效养分含量、酸碱度等土壤化学性状，不仅在自然条件下变化较快，在耕作和施肥措施影响下，当年即可能发生较大变化。这些土壤质量性状亦称之为土壤变化性要素。要实现高产，避免过度施肥引起的经济效益下降和环境问题，需要对农田土壤化学性状进行周期性测定，并根据测定结果，确定最佳的施肥量和石灰等土壤调理剂用量，以使农田土壤各种养分协调供应，在获得高产的同时，维持并不断提升土壤肥力，由此产生为实施科学施肥和耕地保育而进行的土壤采样和调查。

4.1 主要研究与工作内容

对各国相关工作的总结表明，使科学施肥技术落实到每个农户和田块的关键不是进行全国性的采样、测土，而是以农业环境政策推动科学施肥与耕地保育技术支撑体系的构建和运行。这一支撑体系由三个关键部分组成：一是由公益性土壤肥料专业研究机构进行长期和短期多点田间校验试验，将探索性的新发现转为分区、分类、量化的施肥技术指标与规程；二是由商业化运营的农化服务公司利用分区指标和技术规程为农民提供技术服务，费用由农业补贴支付；三是由各地农业环境监管部门，对农民落实分区指标和规程的状况进行抽查和监管，落实奖惩政策。

4.1.1 科学施肥和耕地保育技术分区指标与规程研究 进行科学施肥和耕地保育不仅要对每个田块进行周期性的耕层土壤采样和土壤有效养分含量测试，更重要的是需要进行多点田间定位试验，获得不同土壤和气候条件下的土壤有效养分丰缺状况评价指标和与其相关联的肥料养分（石灰）用量推荐指标，即：研究和编制分区、分类、量化的科学施肥推荐指标。

中欧各国，通常由各州立公益性土壤肥料专业科研院所实施多点定位肥效试验，研制、更新和颁布相关的技术指标。由于不同养分及肥料（氮、磷、钾、硫、镁、石灰、有机肥和微量元素肥料）的后效差别很大，研制土壤养分供应状况评价指标和肥料养分及石灰用量推荐指标所需的田间试验年限差别较大。例如，矿质氮肥的氮素利用率在当季即可达到 60%以上，氮肥的大田肥效试验通常仅需要3—5年。磷肥和钾肥的当季利用率虽然较低，但其后效可达20年，进行磷、钾、有机肥和石灰用量的肥效试验一般为10—20年，至少5年以上。表2汇总了德国各州在研制土壤养分丰缺状况评价指标和肥料养分（石灰）用量推荐指标中，对田间试验年限和定位试验点数的一般性要求。

表2 德国各州研制科学施肥分区指标的田间定位试验年限和数量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]

为使分区指标能准确估计不同土壤、气候条件的影响，编制可在一个区域范围（如一个州）内推广和应用的推荐指标，需要在该地区选取土壤、气候条件不同的代表性点位，设置多点田间试验。德国各州，研制某一养分的评价和推荐指标，通常需要在本州内针对该养分和主要作物类型设置20—50个田间定位试验（表2）。由于各种养分试验年限和影响养分利用率的人为及环境因素不同，每个养分的肥效定位试验通常需要单独设计、布置和实施。为便于研究人员选取具有代表性的试验地点，使较少的试验点能涵盖本州主要土壤、气候条件，德国通过对农田土壤质量分区图、气象站点多年观测资料与行政区划图的聚类分析，编制了土壤气候条件类型分布图，各州在进行分区推荐指标研制时，需要在每个类型组上至少布置一个定位试验。建立指标之后，随着技术水平提升、品种更新和产量水平提升，仍需对相关指标进行持续更新。中欧各国大约每20年进行新一轮的田间试验，对科学施肥与耕地保育分区指标进行升级换代。

4.1.2 农化服务公司利用分区指标和技术规程为农民提供技术服务 执行科学施肥与耕地保育分区指标和技术规程不仅需要一定专业知识，还需要相应的测试条件和设备。实际上，即使在欧美发达国家，农民也不具备独立实施这些指标和规程的专业能力和设施，需要委托具有官方认证资质、商业化运营的农技服务公司和农化测试实验室进行采样测土，并将测土结果解译为农民可操作的施肥推荐。农民为此支付的技术服务费，可申请和利用农业补贴或农业环境技术补贴支付。

4.1.3 对农民落实分区指标和技术规程的实际状况进行抽查和监管 为保证农业环境技术补贴政策的实施效率，20世纪末以来，德国各州的州立公益性农技推广机构将其部分农技推广职能转为监管职能，对农民利用技术补贴，执行分区指标和技术规程的实际情况进行抽检，落实奖惩政策，以保证农业环境技术政策的实施效率。为了减少监管部门的人力成本，近年来相关科研机构通过持续研究，发展了便于监管部门和农民应用的田块和农场氮、磷平衡算法、农田有机碳平衡算法等技术，减少了监管部门实施抽检的成本。

中欧国家科学施肥与耕地保育技术支撑体系和运行机制示于图1。由公益性土壤肥料专业研究机构、商业化运营的农技服务公司和农业环境监管机构三方共同组成的技术支撑体系，有效衔接了从基础研究到应用技术再到农民田间应用的全链条运行。

图1 中欧国家科学施肥与耕地保育技术支撑体系Fig. 1 Technical supporting system for farming management practices of fertilization and arable land care in Central European countries

4.2 土壤采样方法特征

一旦通过多点田间定位试验为一个地区建立了土壤养分含量丰缺状况评价指标和肥料养分（石灰）用量推荐指标，即可利用这些指标，进行农田土壤采样化验和施肥推荐。表3列出了德国进行农田养分管理的土壤测定科目和采样方法。其中，采样方法包括对每个推荐单元（采样单元）面积、每个推荐单元所用混合土样最少钻数、土钻采样点的分布、采样间隔年份、采样时期和土层深度。从表3可见，农田类型不同，每个推荐单元所用混合土样最少钻数不同。对于草地，因牲畜粪便易造成较大采样误差，制成一个符合规定的混合土样，需要在采样区内通过“之”字形取样打35—40钻。养分类型不同，采样间隔年限、采样季节和采样深度各不相同。例如，进行耕地土壤的氮肥推荐，需要分0—30、30—60 cm两个土层测定水溶性矿质氮含量；而进行磷、钾肥推荐，仅需测定农田0—20 cm表层土壤有效磷、钾含量。这些规定也源于相关研究。多点定位试验显示：在中欧气候条件下，秋冬降雨使农田表层（0—30 cm）土壤矿质氮淋洗至下层（30—60 cm）土壤，只有进行分层采样测定，才能给出比较准确的氮肥分次施肥建议，提高氮素利用率，减少氮素损失。多点田间试验还证实：农田0—20 cm表层土壤有效磷、钾含量能灵敏表征土壤磷、钾丰缺状况，因而无需对更深土层进行采样。由于测土推荐中最大误差源于土壤采样误差，为减少采样误差，表3所列采样规定大部分已纳入德国限定性施肥法规中。按新版施肥法规，农民需要每年春季对农田进行土壤矿质氮的采样测定，并据此施用氮肥；在农田大量施用磷肥或畜禽有机肥情况下，为控制农田磷素流失，土壤有效磷的采样测试间隔为6年。

表3 德国农田养分管理中的土壤采样规定[23,31]Table 3 Rules of soil sampling for farmland nutrient management in Germany

多点肥效定位试验显示：土壤质地类型、主要发生过程（含土层厚度、母质）、有机质含量和气象条件对肥料养分利用率影响很大，进行农田施肥推荐还需要该地块的质地类型、主要土壤（成土）类型、土壤有机质含量和土壤气候分区信息。田块的质地类型、土壤类型主要源于农田地力调查与评价所获田块土壤理化性状表，该调查完成的大比例尺田块图也兼做测土施肥采样单元的工作底图，每隔几年的后续采样需要按相同“之”字形路线进行。

4.3 科学施肥与耕地保育技术支撑体系运营效果

德国和荷兰人均耕地资源紧缺，农业一直采用高投入、高产出的集约化经营模式。根据FAO统计数据，1985—1989年期间，德国和荷兰单位面积化肥养分投入量分别达为386和741 kg·hm·a。计算公式如下：

式（3）中，化肥养分总投入量，为化肥氮磷钾养分总投入量。耕地面积（arable land area）为每年需要耕种和收获作物的农田面积，长期作物面积（land area under permanent crops）为多年生作物，如水果、咖啡、橡胶、木本花卉等农田面积。农田高养分投入量引起严重地下水硝酸盐污染和地表水富营养化。20世纪90年代初以来，通过实施农业环境政策和法规，持续加强科学施肥与耕地保育技术支撑体系建设，促进体系内各方的衔接，加强分区、分类、限定性和非限定性技术标准和规程的研制，加强监管，使技术指标落实到每个农民和地块，实现了在有限的耕地资源上不断降低化肥用量的同时持续提高单产。至2016—2020年间，单位面积化肥养分投入量分别降至 173和 272 kg·hm·a，（计算方法见公式 3），同期粮食单产和总产仍分别增加了40%和30%。

为实现节肥增产，中国自20世纪90年代末以来，开展了平衡施肥、精准农业、农业面源污染治理等一系列科研攻关项目。在这些科研项目中，土壤肥料科研人员直接下到示范区指导当地农民进行科学施肥，也取得了突出的节肥增产效果。大田作物上，通过养分均衡供应，在减少化肥总投入量的条件下，作物平均增产10%以上。在蔬菜、水果和花卉等高养分用量作物上，在氮磷化肥用量减少30%以上条件下，作物产量、质量明显得到提升。

4.4 存在问题

中国在科学施肥与耕地保育技术方面最大问题，是从土壤肥料基础研究到应用技术，再到农技推广，最终到农民田间应用的全链条中，应用研究和农技推广两个环节的不断弱化和缺失（图1），导致广大农区和农民的技术水平难以提升。

近年来中国对农业科研的投入虽然逐年加大，但此期间，国家级与部分省级公益性土壤肥料专业机构撤并，新形成的研究机构变大，研究领域变宽，对专业研究机构和科研人员职称评定及人才评选中对纯学术论文、SCI论文发文量等量化指标的过分倚重，导致原有的土壤肥料专业科研机构均质化、碎片化、行政化问题加深，使各科研机构更侧重论文产出多的研究生培养，而论文产出少的大田校验试验难以为继，有经验的专业人才断档情况加重，土壤肥料应用与应用基础研究不断削弱和空洞化。由专业科研人员实施的科研项目虽然在示范区取得很好效果，但示范区实际覆盖面积有限，且科研项目结束，科研人员撤场后，后续的技术更新以及分区技术指标的升级换代难以维系。由于相关研究不足，中国至今尚未发布适合各地农民掌握并能直接用于生产的分区、分类、量化技术指标。

中国原有农技推广系统中农技员在乡、村一级的长期缺失，即农技服务在最后一公里断裂问题，从侧面说明农村原有农技推广体系的组织方式和运行机制实际已难以适应现代农业发展需求。近年来各种专用肥料、新型肥料公司大量涌入农村，肥料品牌切换频繁，很少改进农民施肥技术知识盲区，反而增加了农民选择肥料困惑。研究显示，在占全国作物总播种面积 23.6%的蔬菜、水果、花卉等经济作物农田，农民盲目施肥、过量施肥情形普遍。在这类农田上，氮磷养分盈余量可超过德国肥料法规所规定的环境安全限量（50 kg N·hm、10 kg PO·hm）10 倍，导致严重的农业面源污染。中国耕地保育技术链条中的两个短板还导致现代农技服务业发展滞后，使投入大量资金的国家工程难以发挥应有作用。

由于全国性农田土壤养分调查最终很难解决技术支撑体系和运行机制存在的问题，提升中国农民科学施肥技术水平的关键是弥补技术支撑体系中的两个薄弱环节。一方面，以原有国家级和省级公益性土壤肥料专业科研院所为主体，进行长期和短期土壤肥力与肥效大田定位试验，为各省主要生态和农业类型区制定并持续升级分区、分类、量化的科学施肥与耕地保育技术指标与规程，发展便于农民认知和接受的技术指标，发展便于农技服务业和监管部门对农民进行技术指导和监管的人工智能技术。另一方面，鼓励和扶植有资质的农技服务力量，积极发展中国商业化、专业化的现代农技服务业；与此同时，依托各地原有公益性农技推广机构，强化对农业环境技术政策落实的督导和监管，通过对农民执行技术指标状况的抽检，发挥中国农业补贴和农业环境技术补贴的作用，使新技术疏导与奖惩并举的农业环境技术政策直达每个农民和田块，推动农民广泛采用更先进、精准和环境友好的科学施肥与耕地保育技术，以此实现大幅度节肥增产和绿色发展。

5 污染与环境变化相关主题的土壤调查

20世纪末以来，随着全球性人口与经济快速增长引起的环境污染、气候变化和生物多样性下降等环境问题的凸显，为了解环境污染与变化，科学制定控制对策和检验控制效率，各国陆续启动了环境相关主题的土壤调查。例如， 中国、美国、加拿大、丹麦、英国、德国、日本、韩国等均在主要流域开展了农业面源污染调查，对流域内农田土壤进行采样化验，了解农业对氮、磷富营养化的贡献率，评估减控技术和策略的效率。中国自2005—2013年实施了含重金属和有机污染物的全国土壤污染状况调查；于 2017—2020年实施了农地土壤污染状况详查和重点行业企业用地土壤污染状况调查。欧盟自 2009年以来实施了农田土壤重金属污染状况、土壤生物多样性演变、土壤水分特征、土壤氧化亚氮排放特征等一系列土壤调查。为应对气候变化和实现固碳减排目标，德国自2008年以来实施了陆域土壤碳储量调查等。

5.1 地面采样与调查方法特征

在环境污染与变化主题的土壤调查中，调查目标不同，调查内容、土壤采样设计、采样密度和土壤采样深度各不相同。中国在全国土壤污染状况调查中，主要目的是摸清底数，采样密度较大，以 8—40 km采1个点，对耕地、林地、草地和未利用土地进行网格化采样，全国范围采集了数百万个表层土壤样本，调查的污染物有土壤镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍等重金属含量和六六六、滴滴涕、多环芳烃等有机污染物含量。欧盟在其覆盖全域的土壤重金属污染调查中共采集了23 000个有地理坐标的土壤表层样本，采样密度为1个点/200 km。通过利用地统计模型和地形、地质、植被、气象以及人为因素等辅助信息，完成了1 km分辨率欧洲表层土壤砷、镉、钴、铬、铜、汞、镍、铅、锌、锑和锌含量分布图。这一调查的主要目的是对欧盟各成员国和地区之间的土壤重金属污染状况进行比较，以便界定未来需要重点监测的地区，而不是了解污染的具体地点。因而，这些1 km分辨率的土壤重金属含量分布图并不适合用以表征欧盟潜在的 250万个污染场地。由美国完成的土壤重金属含量图，其采样密度仅为1个点/1 600 km。

德国目前正在实施的陆域土壤碳储量调查，目的是了解全国土壤有机碳储量和土地利用变化以及农田管理措施对土壤有机碳储量的影响，评估利用模型能否准确预测土地管理引起的土壤有机碳储量变化。采用网格化布点，采样密度为1个点/64 km，全域共采集了3 104个点位的剖面分段土层（0—10、10—30、30—50、50—70、70—100 cm）样本。为评估每个采样点周边小范围土壤有机质储量变异及其对模型计算的影响，各点位采用米字格采样，进行了9点式采样；为在相同点位上实施后续调查，例如，若干年后对模拟结果进行实地校验，各采样点定位采用差分GPS设备，使其坐标误差控制在30 cm之内。

欧盟于2018年实施的土壤微生物性状调查，其主要目的是了解土壤微生物性状与土壤有机碳关系及其驱动因子，量化表征大尺度的土壤微生物群落特性，如土壤基础呼吸、土壤微生物生物量、土壤微生物群落特性，以及这些特征与土壤、气候等非生物因素之间的关系，该调查在欧盟全域总共采集了881个点位0—20 cm土层的土壤样本，利用地统计模型绘制了欧盟区土壤基础呼吸、呼吸商和土壤微生物生物量分布图等。

不同于前三类土壤调查，对大区域范围内环境主题的土壤采样调查和制图方法，各国鲜见有相关标准颁布。这类调查通常是由专业科研机构的研究人员实施。换言之，环境主题的土壤调查方法尚在研究和发展之中。近年来，环境主题的土壤调查日益增加对辅助信息和各类机器学习模型的应用。本类调查的采样和制图方法虽仍在探索中，但各国均十分重视对采样、调查方法和成图表达方法的发布。欧盟土地与植被调查项目（LUCAS）网站上发布的80余个土壤专题图均附有对采样调查和成图表达方法的说明，在德国陆域土壤碳储量的调查报告中，对采样、调查方法和所用模拟模型的描述占总报告的2/3。

5.2 调查结果的应用

环境主题的土壤调查结果主要用于国家及国际政策制定和相关研究。一些由政府机构和国际组织资助的调查报告和土壤专题图件则公开发布于相关网站。如国际粮农组织（FAO） 编制和发布了世界土壤图和全球0—30 cm土层土壤有机碳储量图。欧盟土地与植被调查项目（LUCAS）发布了80余个土壤专题图和调查报告。德国近年间在农业和农业环境领域完成的各类土壤专题图和调查报告也公开发布于各相关研究中心网站。

5.3 存在问题

各国在环境主题方面的调查主要是在全域范围内对不同地区间的环境问题进行比对，界定需要关注的重点区域。由于采样覆盖区域大，而土壤采样点密度较低，因而调查结果及图件并不适合用于了解某一特定地点的土壤环境问题。此外，由于各国土壤、气候和地理条件，生产、生活方式和环境过程各不相同，适用的调查方法也不尽相同，需要通过对调查区域内主要环境过程的观测和研究，建立适宜的调查方法，不宜简单照搬他人方法和模型。

6 土壤调查方法的发展

土壤调查通常包括调查方案设计、土壤采样、土壤理化性状观测与分析、结果表达四部分内容，四部分工作内容均涉及到方法问题。

对于土壤分类调查，经过长期探索和实践，许多国家已经建立了规范性方法，以工作手册或国标形式对调查方案设计、土壤采样、土壤理化性状观测与分析方法、结果表达进行了规范。土壤分类调查周期长，成果图件应用时间长。为保证不同时段调查结果的可比性，各国在土壤采样方法、土壤理化性状测试指标和分析方法上变化很少。主要变化是，近年来随 3S和大数据技术发展，在土壤采样中增加了对土壤采样点的坐标定位，在土壤分类调查中逐步以数字土壤制图方法替代人工综合判图和绘图。

对于农田土壤基础地力调查，目标是为每个田块建立一套可靠、科学、具有共同比较基准的农田基础地力评价等级值和土壤地力底档，鉴于评价结果对农业、农民和各行业有长期和重要经济影响，更需要以法律、法规和国标形式对调查方案设计、土壤采样、土壤理化性状观测与分析方法、结果表达与评价方法进行规范。需要指出的是：由于大区域范围通过较少采样点的地统计建模所获专题图和评价结果至今难以替代田块尺度的场地观测和采样，尽管土壤分类调查和农田土壤基础地力两类调查的科目均主要为土壤稳定性要素，因调查精度、采样设计、评价方法相差大，土壤分类调查结果不能替代农田土壤基础地力调查与评价。

对于科学施肥与耕地保育所涉土壤采样、土壤理化性状观测、分析和结果表达，各国也有长期探索，以工作手册、国标及工作规程对其进行了规范。对其更新主要依据多点田间定位试验结果修改相关标准和技术规程。

当土壤调查的主要产出为全国或大区域范围的土壤专题图时，近年间趋向于用数字土壤制图方法进行成图表达。这里主要涉及到第一、四类的调查。数字土壤制图方法可利用辅助信息、机器学习、建模和地统计检验，在减少地面采样量的前提下，提高专题图分辨率，并对专题图的估计值给出可靠性评价。

在数字土壤制图方法中，调查方案设计，包括辅助信息选取与地面采样设计（采样点点位选择原则），对提高土壤专题图的分辨率和可靠性十分重要。例如在土壤分类调查中，采用对成土过程影响大的辅助信息，如气候、地形、植被覆盖图、成土母质、土壤有机质累积等级等，通过对这些辅助信息的叠加分析进行采样设计，有助于将地面采样点设置于能较准确表达成土过程空间分布特征的点位。又如，研究表明：影响土壤有机碳储量的主要因素有降水量、温度、成土类型、土地利用类型和土壤质地，在进行陆域碳储量调查时，利用这些要素空间分布规律进行采样设计，有助于提高土壤有机碳图的分辨率和可靠性；此外，沼泽和湿地土壤有机碳储量高，对土壤有机碳总储量影响极大，对这些地区进行加密采样，对准确评估土壤有机碳储量至关重要。

近年来，虽已有大量关于数字土壤制图的研究论文和专著发表，但其中关于在数字土壤制图中如何进行地面采样点设计的相关研究仍然较稀缺。根据笔者工作经验，当通过数字土壤制图方法进行土壤调查和专题图表达时，采样设计最为基础和关键，采样设计决定了调查目标能否实现，决定了调查效率和最终完成专题图的质量。采样设计中最重要的内容是准确界定调查目标，全面总结和了解与调查目标相关的研究进展，了解可用的相关基础图件和辅助信息，在此基础上确定地面调查与化验科目、采样点的选点原则、采样密度、采样的土层深度、在采样点点位上需要采集和记录的其他现场信息。对调查目标缺少清晰界定，对要调查的土壤要素相关过程和辅助信息不甚了解而匆匆实施的调查，不仅事倍功半，而且还会出现进入调查后期，当进行资料汇总和制图时，再提出需求，往往已经无法实现等问题。若需要在一次调查中了解多类别土壤要素的空间分布特征，即开展多目标的综合调查，或者对需要调查的土壤要素尚缺少相关研究，实施网格化的、较大样本量的地面采样则是一种比较稳妥的方案。这一方案虽然前期地面采样工作量较大，但后期进行数据分析、汇总、建模发挥余地比较大。

7 结论及展望

（1）对各国土壤调查工作的回顾显示，各国对土壤资源和质量调查极为重视，中国和世界主要发达国家已于 20世纪完成了以查清土壤成土类型及其分布特征为主要目标的全国性土壤分类调查。分类调查中，调查科目主要是与成土过程相关的土壤稳定性要素，如：土壤类型、土体构造、成土母质，剖面土体各发生层厚度、质地、颜色，有机质、全氮、全磷、全钾含量，土壤硅铝率、铁铝率等；其主要产出——土壤图和典型土壤剖面数据，具有很长的时效性。正如此，主要发达国家在完成全国性土壤分类调查之后，均未再进行新的、以土壤分类为目标的调查，仅在少量地区进行了缺区补漏性质的调查。由于土壤成土类型与土壤质量和环境过程密切相关，分类调查所获土壤基础数据内容丰富、分析方法一致、覆盖全域，分类调查结果广泛用于各研究领域。

（2）分类调查成果采用复杂的土壤分类系统表示土壤资源与质量特征，使得非土壤分类学专业的人员难以应用。为满足土地管理部门、农民和各相关行业对更方便、好懂的农田土壤质量分类指标的需求，人均耕地资源紧缺的中欧国家，通过大样本量地面采样调查，完成了农田土壤基础地力调查与评价，为每个田块给出了简明易懂的土壤肥力等级值——农田土壤百分价，并为每个田块建立了基础地力性状底档。近一个世纪以来，这一调查结果广泛用于农地保护、税收、农业补贴、农田租赁、交易、借贷、保险和耕地保育多个方面，对社会和经济发展发挥了重要作用。中国人均耕地较中欧国家更少，目前农用地详查与土壤普查分别实施，由于农地管理中农田土壤质量信息短缺，至今难以实现耕地数量与质量的合并管理，导致尽管各省区耕地总面积不减，但难以控制优质耕地被占用，劣质农田进入1.2亿hm（18亿亩）红线。探索与中国经济和社会发展相适应、与中国土地管理方式相适应的农田基础地力调查与评价方法和运行机制，为每个田块建立精准、可靠、科学、可长期使用的基础地力数据，对中国粮食安全和可持续发展十分重要。

（3）对各国测土配方施肥工作的总结表明，发达国家已将农田养分采样测试纳入科学施肥和耕地保育技术支撑体系。该体系由三个关键部分组成：一是由国家级和省级公益性土壤肥料专业研究机构通过长期和短期多点田间试验，建立并持续更新分区、分类、量化的科学施肥与耕地保育技术指标与规程；二是由商业化运营的农化服务公司利用分区指标和技术规程为农民提供技术服务，费用由农业补贴及农业环境技术补贴支付；三是由各地农业环境技术监管部门，对农民技术状况进行抽查和监管，落实奖惩政策。中国土壤肥料技术在从基础研究到农民田间应用全链条中，应用技术与农技推广两个环节持续弱化。由于相关研究不足，中国至今尚未发布适合各地农民田间应用的分区、分类、量化科学施肥与耕地保育技术指标，也缺少能对农民进行针对性指导的智能化手段，在占作物总播种面积 23.6%的蔬菜、水果、花卉等高收益作物农田，农民盲目、过量施肥情形普遍。因而，弥补技术支撑体系中的短板，比开展全国性农田土壤养分普查更为重要。

（4）20世纪末以来，各国陆续启动了环境相关主题的土壤调查。随着 3S和大数据技术发展，这些调查普遍采用了土壤采样点的坐标定位，以数字土壤制图方法替代人工综合判图，以辅助信息提高制图分辨率和可靠性。在这类调查中，调查目标不同，调查科目、土壤采样设计、采样密度和土壤采样深度各不相同。而准确界定调查目标，全面了解与调查目标相关的研究进展，了解可用的相关基础图件和辅助信息；在此基础上确定土壤调查科目、地面采样点选点原则、采样密度、采样土层深度和需要现场采集的其他信息，方能实现预期目标。不同国家和地区的土壤、气候、地理条件，人类生产、生活方式和环境过程不相一致，需要通过对调查区主要环境过程的观测和研究，发展和建立适宜的调查方法，不宜简单照搬他人方法和模型。

致谢：海南大学巨晓棠教授对本文的建议与校勘，在此致以诚挚的谢意！