土壤作为一个重要的生命系统，具有在其生态系统和土地使用边界内发挥功能的能力，以维持动植物生产力，维持或改善水和空气质量，并促进动植物健康。
一、化肥施用对土壤健康的影响
1)化肥施用对土壤理化特征的影响
化肥大量施用可以显著提高土壤中N、P、K等养分含量，从而提高土壤肥力，但长期过量施肥尤其氮肥过量施用会对土壤健康造成不利的影响。长期施用氮肥会造成土壤碳的过度消耗，致使土壤C∶N失衡，引起土壤有机质含量的降低和土壤团聚体由大团聚体向小团聚体的转变，最终导致土壤板结。土壤有机质和大团聚体含量的降低还会进一步削弱土壤对养分的吸附能力，进而加剧土壤养分的流失和土壤贫瘠化。氮肥过量施用会导致土壤酸化，这主要与氮循环过程中可以产生大量的酸有关，如NH4+的硝化作用，而NO3-与碱性阳离子的淋失和根系-微生物释放的酸会进一步加剧土壤酸化程度。
土壤酸化导致土壤中Ca、Fe、Mn、Zn、Cu等活化，进而提高土壤中微量元素有效性。但是土壤中Cd、Al等重金属浓度的上升会导致植株中富集的重金属含量升高，从而对食品安全造成威胁。除土壤酸化和重金属活化外，氮肥的大量施用还导致农田温室气体N2O排放量迅速增加，同时降低农田土壤对CH4的吸收强度。氮肥施加后导致土壤硝化和反硝化过程加剧，进而使其产物N2O增加;而铵态氮肥的施用增加了土壤NH4+含量，并且甲烷氧化细菌会优先同化氨，从而抑制了土壤对CH4的吸收强度。
2)化肥施用对土壤微生物群落功能的影响
氮在土壤中富集可降低土壤中微生物群落多样性，并且这种负效应随着氮肥用量的增加而加剧。长期高氮施肥致使土壤氮素富集，降低土壤重氮营养群落的结构稳定性和重氮营养生物多样性。同时施肥引起的土壤高渗透势还会降低部分耐受性较差的微生物竞争能力，导致微生物群落组成改变。研究发现，氮肥长期施用导致表土真菌与细菌、革兰氏阴性菌与革兰氏阳性菌的比例降低。施氮导致土壤微生物群落多样性的降低、群落组成的改变与长期施肥引起土壤理化特性的变化有关。例如，土壤pH值降低、C∶N∶P计量平衡的改变等是土壤微生物群落结构功能的变化的主要驱动因子。土壤pH值降低增强了对植物和微生物有毒的金属离子的活化，导致土壤微生物多样性下降。真菌群落对N的敏感性大于细菌群落，而P有利于细菌群落快速生长，由施肥引起土壤C∶N和C∶P的变化也会显著改变土壤微生物特性，土壤C∶N和C∶P较低时，细菌群落相对较为丰富，而土壤N∶P和C∶P较高时，真菌群落丰度显著增加。此外，不同类型农田土壤微生物多样性对长期施氮的响应也不相同。
二、耕作模式对土壤健康的影响
1)耕作模式对土壤理化特征的影响
保护性耕作是一种主要以秸秆覆盖地表、免少耕播种、深松及病虫草害综合控制为主要内容的现代耕作技术，实施保护性耕作能够防止土壤侵蚀，改善土壤结构，有效提高土壤储水孔隙、导水率。例如，秸秆覆盖能有效减少土壤水分蒸发，具有开源与节流双重节水机制。免耕通过减少耕作次数，提高了表层土壤大团聚体和水稳定性团聚体的含量，作物覆盖和秸秆还田增加了土壤团聚体形成过程中碳的供给，进而促进土壤团聚体的形成，提升土壤团聚体的稳定性。但也有研究表明，长期保护性耕作也会导致土壤耕层变浅、容重增加，根系下扎困难、供肥能力下降等问题。
传统翻耕技术在一定程度上降低了土壤表层结构的稳定性，增加土壤有机碳暴露而加快土壤有机碳分解，并促进土壤固定养分的释放和温室气体排放。而保护性耕作技术减少了对土壤的扰动，增强了土壤碳封存能力并通过作物覆盖的方式促进土壤水分和养分的固定和降低土壤温室气体排放。免耕土壤较低的可溶性有机碳和较高的土壤容重可以抑制稻田甲烷的排放。此外，传统翻耕的暴露有利于土壤有机氮的矿化分解，产生较多的硝态氮并有利于反硝化作用而释放更多的N2O，保护性耕作技术则减少了土壤氮素暴露，土壤氮素矿化率较低，并且较大的容重进一步限制了土壤N2O向大气排放。
2)耕作模式对土壤微生物群落功能的影响
保护性耕作改善土壤物理性状和养分状况影响土壤微生物的生长与繁殖。研究发现，免耕较传统耕作相比有着更高土壤微生物生物量，且这种趋势在表层土壤更加明显。此外，保护性耕作土壤由于人为破坏少，使得土壤各级水稳性团聚体增加，为土壤微生物繁殖提供了大量的生态位;并且作物覆盖提高土壤保水保温性，可以刺激微生物代谢，进而改变微生物种群结构。保护性耕作的土壤表层中有较多作物残体和土壤有机质，提高了土壤碳源和能源供应水平以及土壤C∶N，进而增强土壤氮的固持能力并提高土壤微生物量碳、氮含量。同时保护性耕作对土壤理化性状的改善也会调控土壤微生物群落组成。秸秆残茬分解过程中可强烈刺激土壤腐生真菌子囊菌门的大量繁殖，降低贫营养微生物类群如酸杆菌门、放线菌门、绿弯菌门、疣微菌门丰度，增加富营养微生物类群丰度。
三、有机培肥对土壤健康的影响
1)有机肥施用对土壤理化特征的影响
有机肥较化肥相比养分更全面、肥效更持久，在改善土壤理化性状和提升土壤微生物活性等方面具有化肥不可比拟的优势，被认为是土壤培肥和改良的最佳肥料。有机肥施用可以增加土壤孔隙度和提高土壤保水保肥能力。有机物料矿化分解过程能刺激腐化真菌的大量繁殖并产生大量腐殖质、菌丝和糖，这些物质胶结土壤颗粒，增加土壤团聚体稳定性及大团聚体(大于0.25mm)比例，从而改良土壤结构并提高土壤的保肥能力。有机物料矿化分解过程还产生大量有机酸，通过酸溶作用促进土壤矿物的风化和养分释放，通过络合作用增加土壤矿质养分的有效性，同时有机物料自身分解也可产生大量的矿物质养分，进一步增加土壤的供肥能力。此外，有机肥还含有作物生长所需的S、Mg、Cu、Zn、Fe、Mn、Mo、B等微量元素，可以有效缓解土壤中微量元素的缺乏。
2)有机肥施用对土壤微生物群落功能的影响
长期施用有机肥可以促进土壤微生物大量繁殖，增加微生物生物量。有机肥施用改良土壤微生物特性主要与土壤理化性质的改变以及有机肥的自身属性有关。有机肥的施用为土壤微生物提供大量的养分和酶促基质，这促进了土壤微生物的生长和繁殖。此外，有机肥自身含有大量的微生物和酶，施用到土壤中可增加微生物群落多样性，提高微生物量碳、氮含量。但也有研究发现，长期施用有机肥会使土壤C∶N比例失衡，进而导致土壤单位微生物量碳酶活性和单位有机碳酶活性下降，而化肥和有机肥配施能够在碳、氮资源的生物有效性上形成互补关系，同时促进土壤生物和作物生长，满足土壤生态系统服务功能持续发挥的需要。
四、施用生物炭对土壤健康的影响
1)生物炭施用对土壤理化特征的影响
生物炭施用可以改变土壤孔隙分布，降低土壤容重，增加土壤孔隙连通性，改善水和空气循环，提高保水性，减少土壤板结。生物炭施用后可通过物理稀释作用降低土壤容重。生物炭疏松多孔的结构能调节土壤孔隙大小分配和提高土壤通气性和持水性。土壤孔隙度的改善进一步提高土壤水分入渗能力，增加土壤累积入渗量和入渗速率。生物炭的施用还利于土壤团聚体形成，生物炭施用可以与土壤本土有机质相互作用增加土壤团聚性，较高Ca2+、Mg2+以及丰富的官能团则可以增加土壤团聚体的吸附功能，进而提高土壤大团聚体含量和稳定性。另一方面，生物炭疏松多孔的结构有利于土壤微生物附着，增加微生物活性和菌根的数量。真菌和放线菌的菌丝有助于土壤颗粒聚集，进而促进团聚体形成和稳定性。
生物炭作为酸化土壤改良剂有着显著作用。生物炭自身的弱碱性可以与土壤中酸性离子形成中和。生物炭中的盐基离子，如K+、Na+、Ca2+和Mg2+等通过交换作用降低土壤H+和交换性铝离子含量，从而提高土壤pH值。生物炭的施用还有助于土壤养分汇集，减少养分淋溶损失，提高肥料利用率。
2)生物炭施用对土壤微生物群落功能的影响
生物炭的多孔结构作为微环境为微生物提供了良好的生存空间，极大促进了土壤微生物的定殖与群落代谢活性，如生物炭的施用促进了丛枝菌根真菌和放线菌在生物炭颗粒表面定殖与代谢。团聚体的形成与微生物生长之间存在相互促进关系。真菌和放线菌的菌丝有助于土壤颗粒与生物炭颗粒表面之间的黏聚力增加，进而增加土壤团聚体的稳定性，土壤团聚体汇集的养分通过分解释放进一步促进土壤微生物和作物的生长。生物炭施用引起的pH值变化是其影响土壤微生物群落的另一个主要机制。生物炭在酸性土壤施用后土壤细菌总量增加，硝化细菌群落中亚硝化单胞菌和硝化螺旋菌的比例增加，固氮菌和纤维素降解菌丰度增加以及拟杆菌门和芽单胞菌门的共营养体比例提高。
