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土壤是地球陸地表面能生長(zhǎng)植物的疏松表層，由礦物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)、水分、空氣和生物等組成。土壤系統(tǒng)具有初級(jí)生產(chǎn)力、水的凈化與調(diào)節(jié)、氣候變化與碳固定、生物多樣性維持、養(yǎng)分供給與循環(huán)5類功能。土壤是人類賴以生存、保障糧食安全與維護(hù)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是陸地上所有生命的基礎(chǔ)。土壤健康不僅與糧食、食品安全和人類健康或福祉直接相關(guān)，而且有助于維持生態(tài)系統(tǒng)功能和服務(wù)，從而確保地球健康。因此，迫切需要開展面向我國(guó)的土壤健康評(píng)價(jià)。

土壤健康對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性、環(huán)境的恢復(fù)力以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力具有至關(guān)重要的作用。只有通過(guò)定量評(píng)價(jià)土壤健康狀況，才能有針對(duì)性實(shí)施可持續(xù)措施，以培育具有多功能性、高生物多樣性和強(qiáng)韌性的健康土壤環(huán)境。同時(shí)，我國(guó)與土壤健康相關(guān)研究（如土壤健康標(biāo)準(zhǔn)、評(píng)價(jià)方法與指標(biāo)體系及健康土壤構(gòu)建技術(shù)等）尚處于起步階段。目前有關(guān)土壤健康評(píng)價(jià)的指標(biāo)大都集中在物理和化學(xué)指標(biāo)，對(duì)微生物的指標(biāo)考慮較少；而且有關(guān)土壤健康的評(píng)價(jià)大多基于單一的土壤功能，不注重多目標(biāo)協(xié)調(diào)。然而，土壤是一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，其物理、化學(xué)和生物特性在時(shí)間與空間上相互作用，這種多因素的動(dòng)態(tài)過(guò)程直接決定了土壤功能的實(shí)現(xiàn)。目前的有關(guān)評(píng)價(jià)大多為小區(qū)域的靜態(tài)評(píng)價(jià)，在不同尺度和多生態(tài)系統(tǒng)上構(gòu)建空天地一體化土壤健康監(jiān)測(cè)較為缺乏。氣候變化和極端天氣事件日益頻繁發(fā)生，加之“雙碳”目標(biāo)和對(duì)農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展及環(huán)境健康政策的響應(yīng)，對(duì)我國(guó)土壤健康管理提出了新的挑戰(zhàn)。實(shí)現(xiàn)健康土壤的培育，同時(shí)確保土地的數(shù)量、質(zhì)量和生態(tài)效益的協(xié)調(diào)發(fā)展，已成為中國(guó)乃至全球土壤科學(xué)界亟待解決的重大問(wèn)題。在這種前提下，如何確保土壤健康，并對(duì)處于非健康狀況的土壤進(jìn)行維護(hù)和修復(fù)，提高土壤整體的健康狀況，構(gòu)建具有中國(guó)特色的土壤健康評(píng)價(jià)和培育體系，是土壤學(xué)研究者所面對(duì)的緊迫且重要的任務(wù)。筆者針對(duì)土壤健康概念提出其內(nèi)涵發(fā)展，總結(jié)了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外主要的土壤健康評(píng)價(jià)體系進(jìn)展，初步提出了適合我國(guó)國(guó)情的土壤健康評(píng)價(jià)體系框架和通用流程，以期為土壤健康評(píng)價(jià)工作提供參考。

人類社會(huì)的發(fā)展與土壤資源緊密相連，土壤健康的概念隨著歷史文明的進(jìn)步而逐漸受到重視。早在1910年，學(xué)術(shù)界就提出了土壤健康的概念，當(dāng)時(shí)只關(guān)注與土壤肥力相關(guān)的物理和化學(xué)特征。隨著研究的深入，土壤健康的內(nèi)容不斷豐富、內(nèi)涵不斷提升，逐漸與食物健康和人類健康緊密聯(lián)系起來(lái)。由于研究視角不同，對(duì)土壤健康概念的界定難以形成統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。20世紀(jì)70年代之后，隨著全球人口數(shù)量增加對(duì)糧食等食物需求量不斷增多以及人類生活質(zhì)量提升對(duì)食物需求結(jié)構(gòu)等的變化，食物的生產(chǎn)地——土壤面臨日益嚴(yán)峻的壓力。然而，人類過(guò)度開發(fā)土壤資源，不斷加速土壤的退化過(guò)程，對(duì)土壤資源的可持續(xù)性構(gòu)成了嚴(yán)重挑戰(zhàn)，并對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展及生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重威脅。20世紀(jì)80年代末期，美國(guó)土壤科學(xué)協(xié)會(huì)首次引入了土壤質(zhì)量這一概念，強(qiáng)調(diào)了土壤在生態(tài)系統(tǒng)中支持植物生長(zhǎng)、維護(hù)環(huán)境質(zhì)量以及促進(jìn)動(dòng)植物和人類健康的能力。隨后，Doran等在1994年將土壤質(zhì)量定義為土壤在生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮的功能，特別是其保持生物生產(chǎn)力、維護(hù)環(huán)境質(zhì)量以及保障動(dòng)植物健康的能力，強(qiáng)調(diào)了土壤對(duì)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)水質(zhì)、植物和動(dòng)物健康的多重影響。Doran等在2000年提出土壤健康是指在生態(tài)系統(tǒng)和土地利用邊界內(nèi)，土壤作為關(guān)鍵的生命系統(tǒng)所具有的支撐動(dòng)植物生產(chǎn)、維持或改善水體和大氣環(huán)境、促進(jìn)動(dòng)植物和人類健康的能力。2002年Carter認(rèn)為土壤健康需要結(jié)合物理、化學(xué)和生物方法，形成一個(gè)綜合性的土壤評(píng)價(jià)和管理策略，旨在最小化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境造成的不利影響，同時(shí)確保作物生長(zhǎng)能夠長(zhǎng)期、穩(wěn)定且可持續(xù)地發(fā)展。目前比較認(rèn)可的土壤健康的定義是由美國(guó)農(nóng)業(yè)部（United States Department of Agriculture，USDA）自然資源保護(hù)局（Natural Resource Conservation Service，NRCS）給出的，在生態(tài)系統(tǒng)與土地利用的范圍內(nèi)，土壤能持續(xù)作為有生命的系統(tǒng)維持生物生產(chǎn)力，保持空氣和水環(huán)境質(zhì)量，促進(jìn)植物、動(dòng)物和人類健康的能力。

我國(guó)土壤科學(xué)工作者在1999年國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（973項(xiàng)目）“土壤質(zhì)量演變規(guī)律與持續(xù)利用”的支持下，對(duì)土壤質(zhì)量進(jìn)行了深入且系統(tǒng)的研究，出版了《中國(guó)土壤質(zhì)量》《土壤質(zhì)量指標(biāo)與評(píng)價(jià)》和《健康土壤學(xué)》等多部專著。在《中國(guó)土壤質(zhì)量》中，土壤質(zhì)量被定義為涵蓋土壤肥力質(zhì)量、土壤環(huán)境質(zhì)量以及土壤健康質(zhì)量等多維度的綜合量度。2008年土壤健康的概念被納入GB/T 33469—2016《耕地質(zhì)量等級(jí)》和NY/T 1634—2008《耕地地力調(diào)查與質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)中，其被定義為土壤作為一個(gè)動(dòng)態(tài)生命系統(tǒng)具有的維持其功能的持續(xù)能力。吳克寧等提出一種以土地功能和重金屬污染的響應(yīng)為關(guān)鍵指標(biāo)的土壤健康評(píng)價(jià)方法；趙瑞等從土壤的多方面功能出發(fā)，選擇與不同土壤功能相關(guān)的指標(biāo)構(gòu)建評(píng)價(jià)體系，用以評(píng)估農(nóng)田土壤的健康狀況。2013年12月，聯(lián)合國(guó)大會(huì)第68屆會(huì)議通過(guò)了決議，宣布2015年為“國(guó)際土壤年”，并選定了“健康土壤帶來(lái)健康生活”作為當(dāng)年的主題；2020年9月，中國(guó)土壤學(xué)會(huì)在第十四次全國(guó)會(huì)員代表大會(huì)上，也將關(guān)注點(diǎn)放在了土壤健康上，并將“保護(hù)土壤健康，促進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展”作為會(huì)議的核心議題。這些舉措表明，土壤健康已經(jīng)成為政府和學(xué)術(shù)界共同關(guān)注的焦點(diǎn)。李奕贊等提出了超越單一追求糧食高產(chǎn)的農(nóng)田土壤目標(biāo)，倡導(dǎo)發(fā)展一種以土壤多功能性為基礎(chǔ)、綜合調(diào)控的農(nóng)田土壤健康評(píng)價(jià)方法；張江周等提出了農(nóng)田土壤健康的特點(diǎn)與多功能性、評(píng)價(jià)的通用原則、指標(biāo)選擇的n+X 模式及評(píng)價(jià)方法的選擇與落地實(shí)現(xiàn)，提出了土壤健康差（SHG）與基準(zhǔn)值、基礎(chǔ)指標(biāo)和約束性指標(biāo)的選擇及指標(biāo)選擇的制宜性。可見，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者在土壤健康評(píng)價(jià)的理論研究和實(shí)際應(yīng)用方面都取得了顯著的進(jìn)步。

2.1   基于土壤健康評(píng)價(jià)基準(zhǔn)的土壤健康評(píng)價(jià)方法

類似土壤的生產(chǎn)功能，不同的土壤功能的實(shí)現(xiàn)存在差異，土壤的健康也存在較大的差距。最佳條件下（如優(yōu)化的土壤管理、合理的土地利用、適宜的氣候條件以及完善的基礎(chǔ)設(shè)施等）土壤所能展現(xiàn)的最佳健康狀態(tài)為土壤健康的最大潛力。鑒于土壤往往受到較大的人為干擾，當(dāng)進(jìn)行土壤健康評(píng)價(jià)時(shí)，研究者們傾向于選擇那些自然且未被開墾/未受人為干擾的土壤，或是管理得極好的土壤，作為特定區(qū)域內(nèi)土壤健康的基準(zhǔn)值；或者依托長(zhǎng)期定位試驗(yàn)、監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)或指標(biāo)獲取土壤健康特征，進(jìn)而衡量土壤健康當(dāng)前的狀態(tài)與健康基準(zhǔn)之間的差距，評(píng)估土壤管理措施應(yīng)用的效果，為未來(lái)的土壤管理提供指導(dǎo)。這些基準(zhǔn)值代表了在當(dāng)前環(huán)境條件下土壤健康可能達(dá)到的最高水平。SHG這一概念，指的是土壤健康潛力與基礎(chǔ)土壤健康狀態(tài)之間的差值。基礎(chǔ)土壤健康狀態(tài)可以包括受到集約化管理的土壤、存在顯著障礙的土壤或是受到污染的土壤。通過(guò)這一相對(duì)的評(píng)價(jià)方法識(shí)別出影響土壤健康的障礙因素，進(jìn)而采取綜合的土壤健康調(diào)控措施，逐步消除或降低這些障礙，從而確保土壤的可持續(xù)利用。SHG與作物產(chǎn)量及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的關(guān)聯(lián)性體現(xiàn)在多個(gè)方面，如土壤層中養(yǎng)分的釋放、溫室氣體的排放以及生物種群在不同時(shí)間和空間的多樣性變化，將有助于更好地了解不同的土壤健康指標(biāo)及其對(duì)土壤健康的定量影響。但是某些情況下，土壤健康評(píng)價(jià)基準(zhǔn)的缺乏限制了該土壤健康評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用。

2.2   康奈爾土壤健康評(píng)價(jià)方法

康奈爾大學(xué)在2006年建立的康奈爾土壤健康評(píng)價(jià)方法（CASH）在優(yōu)化農(nóng)田管理、提升土壤健康水平方面發(fā)揮著重要的作用。CASH從備選土壤健康指標(biāo)中通過(guò)主成分分析和相關(guān)性分析選取作為描述土壤健康特征的量化指標(biāo)。經(jīng)過(guò)多年的修訂，基于敏感性、主導(dǎo)性、獨(dú)立性和實(shí)用性原則對(duì)潛在物理指標(biāo)、生物指標(biāo)和化學(xué)指標(biāo)通過(guò)主成分分析和相關(guān)性分析，構(gòu)成最小數(shù)據(jù)集，定量開展土壤健康評(píng)價(jià)（表1）。

表1  康奈爾土壤健康評(píng)價(jià)方法指標(biāo)體系

CASH利用土壤健康評(píng)分函數(shù)，對(duì)于每一個(gè)測(cè)得的土壤健康指標(biāo)值，通過(guò)相應(yīng)的轉(zhuǎn)換函數(shù)將其轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)指標(biāo)的分值，并在此基礎(chǔ)上累加得到土壤健康總分，以此定量衡量農(nóng)田土壤的整體健康狀態(tài)。CASH評(píng)分過(guò)程如下：1）使用3種形式的評(píng)分函數(shù)，即“越多越好型”“越少越好型”或“中間最優(yōu)型”，采用累積概率分布函數(shù)（cumulative normal distribution，CND）將測(cè)得的指標(biāo)值轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)指標(biāo)的分值。累積概率分布函數(shù)根據(jù)每個(gè)指標(biāo)全部測(cè)定數(shù)據(jù)的分布參數(shù)（平均值和標(biāo)準(zhǔn)差）確定。2）計(jì)算各指標(biāo)（土壤健康指數(shù)）得分均值，各分值代表各項(xiàng)土壤健康指標(biāo)的狀態(tài)；根據(jù)各指標(biāo)得分（算術(shù)平均值）計(jì)算出土壤健康總分（以百分制表示）。3）根據(jù)健康總分對(duì)土壤綜合健康狀況給予定性評(píng)級(jí)，等級(jí)從低到高分別為很低、低、中等、高、很高（表2），由此定量評(píng)價(jià)農(nóng)田土壤綜合健康狀況。CASH通過(guò)分析測(cè)定土壤健康指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)農(nóng)田土壤的健康狀況，并據(jù)此給農(nóng)民未來(lái)的農(nóng)田管理方式提出指導(dǎo)和建議；通過(guò)改進(jìn)農(nóng)田管理方式（耕作方式和種植結(jié)構(gòu)等），恢復(fù)和提高農(nóng)田土壤的功能和性狀，以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的低投入、高產(chǎn)出。CASH存在一些缺點(diǎn)和局限性：未充分考慮土壤環(huán)境質(zhì)量要素，如污染物的影響，這在評(píng)價(jià)受到污染影響的土壤時(shí)尤為重要；此外，與物理和化學(xué)指標(biāo)相比，土壤生物學(xué)指標(biāo)的應(yīng)用相對(duì)較少，這限制了對(duì)土壤健康狀況的全面評(píng)估。

表2  土壤健康總分與土壤健康等級(jí)轉(zhuǎn)換

2.3   基于土壤功能的土壤健康評(píng)價(jià)方法

基于土壤功能的土壤健康評(píng)價(jià)方法通過(guò)建立土壤屬性指標(biāo)和土壤功能的層級(jí)關(guān)系或模型對(duì)土壤單項(xiàng)功能和多重功能進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)價(jià)。該方法適用于以各項(xiàng)土壤功能為評(píng)價(jià)單元的土壤健康評(píng)價(jià)，每一項(xiàng)土壤功能均由多個(gè)土壤物理、化學(xué)及生物學(xué)指標(biāo)共同決定（表3），是區(qū)別于對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)單獨(dú)評(píng)價(jià)的一種評(píng)價(jià)方法。歐盟LANDMARK項(xiàng)目開發(fā)的Soil Navigator農(nóng)田管理決策系統(tǒng)是目前國(guó)際上主流的土壤功能評(píng)價(jià)方法之一，具體包括以下流程：1）基于層次分析法與決策專家（decision expert，DEX）方法，以土壤管理、氣象參數(shù)以及土壤物理、化學(xué)、生物學(xué)特性作為模型輸入，對(duì)5項(xiàng)土壤功能（初級(jí)生產(chǎn)力、水的凈化與調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)與碳固持、生物多樣性維持、養(yǎng)分供給與循環(huán)）依次作出等級(jí)判斷，并由此表現(xiàn)出各種主要土壤功能的高、中、低3種層次。2）利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)（如隨機(jī)森林分析）和專家評(píng)估，對(duì)項(xiàng)目現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行深入分析，構(gòu)建從基礎(chǔ)屬性（模型輸入?yún)?shù)）到高級(jí)屬性（土壤功能水平）的綜合性映射關(guān)系，并據(jù)此制定土壤功能等級(jí)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

表3  基于土壤功能的土壤健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系——?dú)W盟LANDMARK項(xiàng)目Soil Navigator農(nóng)田管理決策系統(tǒng)

目前，該評(píng)估工具主要在奧地利、德國(guó)、丹麥、法國(guó)和愛爾蘭等歐洲國(guó)家得到應(yīng)用。評(píng)估準(zhǔn)則的制定過(guò)程涉及對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)的詳盡分析，結(jié)合了機(jī)器學(xué)習(xí)與數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)（例如隨機(jī)森林分析）以及專家的深入評(píng)審，從而創(chuàng)建了從基礎(chǔ)屬性（模型輸入變量）到高級(jí)屬性（土壤功能等級(jí)）的集成映射表。Soil Navigator農(nóng)田管理決策系統(tǒng)不僅能評(píng)估土壤健康，還能根據(jù)用戶期望的土壤功能水平和對(duì)土壤管理措施的接受度，評(píng)估不同方案，并提出具有針對(duì)性的土壤改良建議。但是，土壤健康涉及多個(gè)方面和層次的功能，如初級(jí)生產(chǎn)力、水的凈化與調(diào)節(jié)、碳封存與調(diào)節(jié)、生物多樣性供給、養(yǎng)分供給與循環(huán)等。這些功能的量化需要借助復(fù)雜的指標(biāo)體系和模型，且不同功能的量化難度和精度存在差異，使得整體評(píng)價(jià)過(guò)程復(fù)雜且耗時(shí)。

2.4   我國(guó)耕地質(zhì)量（土壤健康）評(píng)價(jià)方法

在評(píng)估我國(guó)主要區(qū)域的耕地質(zhì)量時(shí)，耕地地力綜合指數(shù)被廣泛采用作為關(guān)鍵衡量標(biāo)準(zhǔn)。為了全面、系統(tǒng)地評(píng)價(jià)耕地質(zhì)量，構(gòu)建了一個(gè)涵蓋多個(gè)方面的評(píng)價(jià)體系，其中包含氣候條件、立地條件、剖面性狀、土壤理化性狀、土壤養(yǎng)分、潛在障礙因素以及土壤管理策略這七大類別，并細(xì)化為50個(gè)具體的評(píng)價(jià)指標(biāo)（表4）。這一評(píng)價(jià)體系旨在提供更為全面和準(zhǔn)確的耕地質(zhì)量評(píng)估結(jié)果。

表4  我國(guó)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

在各個(gè)地區(qū)，針對(duì)主要農(nóng)作物對(duì)農(nóng)田土壤質(zhì)量的具體需求，采用系統(tǒng)聚類分析、DELPHI等多種技術(shù)手段，并召集相關(guān)領(lǐng)域的專家進(jìn)行專題討論。通過(guò)結(jié)合定量分析與專家的定性判斷，確定影響農(nóng)田土壤質(zhì)量的關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)，并對(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行量化分析。隨后，利用DELPHI法和層次分析法（AHP）來(lái)確定評(píng)價(jià)指標(biāo)及其相應(yīng)的權(quán)重。在對(duì)耕地質(zhì)量進(jìn)行具體評(píng)價(jià)的過(guò)程中，首先通過(guò)DELPHI法由專家對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行打分，隨后利用AHP方法計(jì)算出這些指標(biāo)的權(quán)重。一旦指標(biāo)權(quán)重被確定，接下來(lái)的關(guān)鍵步驟是處理定性指標(biāo)的隸屬度和定量指標(biāo)的隸屬函數(shù)。對(duì)于定性指標(biāo)，使用DELPHI法來(lái)確定其隸屬度。基于特性選擇適當(dāng)?shù)暮瘮?shù)類型（例如正直線型、負(fù)直線型、戒上型、戒下型或峰型），并結(jié)合實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)與專家評(píng)估進(jìn)行模型擬合，確保獲得精確的隸屬函數(shù)。以土壤pH的評(píng)估為例，使用峰型函數(shù)來(lái)表征其對(duì)耕地質(zhì)量的影響，對(duì)于有機(jī)質(zhì)和耕作層鹽分含量的評(píng)價(jià)，則分別采用戒上型和戒下型函數(shù)來(lái)體現(xiàn)它們對(duì)耕地質(zhì)量的貢獻(xiàn)。確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度或隸屬函數(shù)后，計(jì)算每個(gè)評(píng)價(jià)單元的分值，并綜合這些分值得出耕地質(zhì)量的綜合指數(shù)。最后，根據(jù)不同區(qū)域的具體情況，將耕地質(zhì)量綜合指數(shù)劃分為6~10個(gè)等級(jí)，以便于更直觀地反映耕地質(zhì)量的高低。通常情況下，耕地質(zhì)量等級(jí)越高，其潛在的作物產(chǎn)量也越高。

2.5   基于機(jī)器學(xué)習(xí)的土壤健康評(píng)價(jià)方法

機(jī)器學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)方法利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)和多元化算法模型，對(duì)大規(guī)模土壤數(shù)據(jù)集進(jìn)行高效處理與深入解析，實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤健康狀況的精確預(yù)測(cè)與評(píng)估。該評(píng)價(jià)方法的核心在于精準(zhǔn)的指標(biāo)選擇，涵蓋土壤物理屬性（如土壤結(jié)構(gòu)和含水量）、化學(xué)屬性（如pH和營(yíng)養(yǎng)鹽含量）以及生物屬性（如微生物群落的多樣性和活性）。在完成土壤數(shù)據(jù)的收集工作之后，要進(jìn)行一系列關(guān)鍵的預(yù)處理步驟，以保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，包括數(shù)據(jù)清洗、標(biāo)準(zhǔn)化處理和缺失值處理，確保數(shù)據(jù)的質(zhì)量和一致性。模型構(gòu)建階段，根據(jù)預(yù)測(cè)目標(biāo)的不同，選取適宜的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，如決策樹、支持向量機(jī)、隨機(jī)森林或深度學(xué)習(xí)模型，并通過(guò)交叉驗(yàn)證等技術(shù)優(yōu)化模型參數(shù)，以增強(qiáng)模型的泛化能力和預(yù)測(cè)精度。根據(jù)不同指標(biāo)對(duì)土壤健康影響的重要程度，進(jìn)行合理的權(quán)重分配。經(jīng)過(guò)充分訓(xùn)練的模型能夠支持土壤健康的即時(shí)監(jiān)控和動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和土壤管理提供科學(xué)的決策支持，顯著提高土壤健康評(píng)價(jià)的效率和準(zhǔn)確性。

2.6   基于分子診斷的土壤健康評(píng)價(jià)方法

從指標(biāo)選擇、權(quán)重、數(shù)據(jù)來(lái)源合理性方面提取土壤DNA，進(jìn)行宏基因組測(cè)序，分析土壤微生物群落組成。對(duì)用于評(píng)價(jià)土壤健康的土壤典型物理、化學(xué)和生物學(xué)屬性進(jìn)行測(cè)定，獲得土壤健康指數(shù)。將土壤微生物群落組成和土壤健康指數(shù)這2個(gè)數(shù)據(jù)子集合并，構(gòu)建總數(shù)據(jù)集。采用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法構(gòu)建微生物對(duì)土壤健康指數(shù)的預(yù)測(cè)模型，將微生物預(yù)測(cè)的土壤健康指數(shù)與測(cè)定的土壤健康指數(shù)進(jìn)行比較，然后評(píng)價(jià)模型預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度。通過(guò)構(gòu)建最優(yōu)模型，篩選出指示土壤健康的關(guān)鍵微生物指標(biāo)，用于土壤健康評(píng)價(jià)的快速診斷，為土壤健康的高效和科學(xué)評(píng)價(jià)提供分子診斷評(píng)價(jià)方法。

我國(guó)地域遼闊，不同生態(tài)區(qū)的自然條件差異顯著，包括作物種類、土地利用方式、土壤類型和質(zhì)地的多樣性，這些因素都導(dǎo)致了土壤和作物管理策略的巨大差異。因此，在構(gòu)建土壤健康評(píng)價(jià)體系時(shí)，必須充分考慮到這些地域性差異，因地制宜，因作物而異，確保所建立的評(píng)價(jià)體系能夠緊密貼合當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)條件和實(shí)際需求。本文基于土壤健康評(píng)價(jià)的實(shí)際操作需求，參考了CASH土壤健康評(píng)價(jià)體系和歐盟Landmark土壤健康工作的最新進(jìn)展，從土壤健康評(píng)價(jià)方法的具體實(shí)施角度出發(fā)，重點(diǎn)探討了指標(biāo)選擇的原則和因地制宜的考量，旨在為我國(guó)不同地區(qū)土壤健康評(píng)價(jià)的落地實(shí)施提供更為具體和實(shí)用的參考。

土壤健康評(píng)價(jià)體系框架結(jié)構(gòu)（圖1）包括土壤健康評(píng)價(jià)術(shù)語(yǔ)、土壤健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、土壤健康評(píng)價(jià)體系。通常土壤健康評(píng)價(jià)的一般程序（圖2）包括：1）確定土壤健康評(píng)價(jià)應(yīng)用場(chǎng)景；2）確定用于評(píng)價(jià)土壤健康的關(guān)鍵指標(biāo)；3）對(duì)選定的土壤健康指標(biāo)進(jìn)行量化處理；4）進(jìn)行土壤健康評(píng)價(jià)；4）對(duì)土壤健康評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證；5）對(duì)土壤健康評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行應(yīng)用。土壤健康評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇是最關(guān)鍵的一步，指標(biāo)選擇的時(shí)候要首先考慮土壤健康評(píng)價(jià)的對(duì)象，如針對(duì)不同生態(tài)系統(tǒng)類型、土地利用類型、土壤類型、種植制度等情景及其組合。評(píng)價(jià)范圍包括不同空間尺度的土壤健康評(píng)價(jià)，如田塊、區(qū)域（行政區(qū)、氣候區(qū)等）、國(guó)家尺度等。需要根據(jù)對(duì)象和范圍目標(biāo)需求權(quán)衡不同功能之間的關(guān)系，考慮各個(gè)功能的優(yōu)先級(jí)別。基于土壤功能對(duì)土壤健康進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)涉及物理、化學(xué)及生物學(xué)指標(biāo)，通過(guò)專家決策等建立包含代表性指標(biāo)的最小數(shù)據(jù)集（minimum data set，MDS）。在進(jìn)行農(nóng)田土壤健康評(píng)價(jià)時(shí)，首先基于土壤健康基準(zhǔn)值，如果沒有土壤健康基準(zhǔn)值則選擇單項(xiàng)評(píng)價(jià)和綜合評(píng)價(jià)兩大類。單項(xiàng)評(píng)價(jià)方法從單一土壤功能的角度衡量土壤健康狀況；綜合評(píng)價(jià)方法通過(guò)融合多個(gè)不同的土壤功能，構(gòu)建全面的指標(biāo)體系，從而對(duì)土壤的健康狀況進(jìn)行全面評(píng)估。

圖1  土壤健康評(píng)價(jià)體系框架