[发明专利]一种农田土壤生态系统健康评价方法及系统

权利要求书

1.一种农田土壤生态系统健康评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

确定土壤的测量指标，所述测量指标包括为一级指标、二级指标和三级指标，根据所述一级指标、二级指标和三级指标在土壤中的含量标准，将所述测量指标分为S型指标、梯形指标和反S型指标；

建立S型指标评价的隶属函数，并对所述S型指标的隶属值进行计算，得到所述S型指标的隶属值；

建立梯形指标评价的隶属函数，并对所述梯形指标的隶属值进行计算，得到所述梯形指标的隶属值；

建立反S型指标评价的隶属函数，并对所述反S型指标的隶属值进行计算，得到所述反S型指标的隶属值；

对所述S型指标的隶属值、所述梯形指标的隶属值以及所述反S型指标的隶属值进行极差标准化处理；

对极差标准化后的各指标数据进行主成分分析，计算各指标的权重；

根据各指标的隶属值和所述各指标的权重计算得到土壤健康综合评价指数；

对所述土壤健康综合评价指数进行分级，根据分级后的土壤健康综合评价指数评价土壤健康状况。

2.根据权利要求1所述的一种农田土壤生态系统健康评价方法，其特征在于：

所述一级指标包括：土壤环境、土壤养分、土壤生物和土壤呼吸；

所述二级指标包括：土壤酸碱度、土壤重金属、新型污染物、土壤有机质、土壤氮磷钾、微生物多样性、土壤酶活、呼吸速率和温室气体排放量；

所述三级指标包括：pH值、铜、铅、砷、铬、汞、锌、镉、镍、金霉素、强力霉素、土霉素、四环素、磺胺嘧啶、磺胺甲恶唑、磺胺类抗性基因、四环素类抗性基因、喹诺酮类抗性基因、有机质、全氮、全磷、全钾、脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶、酸性磷酸酶、中性磷酸酶、CO₂通量、CH₄和N₂O。

3.根据权利要求1所述的一种农田土壤生态系统健康评价方法，其特征在于，所述S型指标表示指标含量越多越好；所述梯形指标表示指标含量存在最适范围；所述反S型指标表示指标含量越低越好。

4.根据权利要求1所述的一种农田土壤生态系统健康评价方法，其特征在于，所述S型指标评价的隶属函数为：

μ(x)为隶属函数，x为指标值，a、b分别为指标阈值的下限和上限，具体的a、b取值如下表所示：

表1

5.根据权利要求1所述的一种农田土壤生态系统健康评价方法，其特征在于，所述梯形指标评价的隶属函数为：

μ(x)为隶属函数，x为指标实测值，a₁,a₂,b₁,b₂分别为指标的临界值。

6.根据权利要求1所述的一种农田土壤生态系统健康评价方法，其特征在于，所述反S型指标评价的隶属函数为：

μ(x)为隶属函数，x为指标实测值，a、b分别为指标阈值的下限和上限，具体的a、b取值如下表所示：

表2

7.根据权利要求1所述的一种农田土壤生态系统健康评价方法，其特征在于，所述数据极差标准化处理公式如下：

对S型指标：

其中，X₁表示S型指标标准化后的数值，X_i表示指标原始值，X_imin表示指标最小值，X_imax表示指标最大值；

对反S型指标：

其中，X₁表示反S型指标标准化后的数值，X_i表示指标原始值，X_imin表示指标最小值，X_imax表示指标最大值。

8.根据权利要求1所述的一种农田土壤生态系统健康评价方法，其特征在于，所述各指标的权重计算公式如下：

其中，Component Capacityi是第i项土壤质量因子的因子负荷量。