[发明专利]一种农田土壤生态系统健康评价方法及系统

说明书

本发明涉及一种农田土壤生态系统健康评价方法及系统，涉及土壤健康评价技术领域，所述方法包括确定土壤的测量指标、指标评价的隶属函数建立以及求解、极差标准化、计算各指标的权重、土壤健康综合评价指数以及对对所述土壤健康综合评价指数进行分级等步骤。用以定量化评价农田土壤健康状况。

技术领域

本发明涉及土壤健康评价技术领域，特别是涉及一种农田土壤生态系统健康评价方法及系统。

背景技术

土壤健康已成为土壤保护和农业生产可持续发展的标准之一。现有农田土壤健康评价指标，基本以土壤的理化性质和生物性质为主，缺少对土壤环境质量、养分水平、生物和呼吸等状态统一、全面的分析与评价。另外，现有对土壤健康的分析方法主要有主成分分析法和综合指数法。主成分分析法可准确客观地筛选土壤属性的变异性，而综合指数法能够将人为的主观因素消除，同时进行修正后的公式还能突出土壤属性中最差因子(即最小因子定律：低于某种生物需要的最少量的任何特定因子，是决定该种生物生存和分布的根本因素)对土壤健康的影响。不同评价指标的优缺点具有模糊性和连续性的特点，同时不同评价指标的实际测量值具有不同的量纲。对此，本发明提出了一种指标更加系统全面、方法更加科学的农田土壤生态系统健康评价方法及系统，包含了土壤环境、土壤养分、土壤生物、土壤呼吸等一级指标和相应的二级、三级指标，综合了主成分分析法和综合指数法各自的优点，定量化的综合评价农田土壤生态系统的健康。

发明内容

本发明的目的是提供一种农田土壤生态系统健康评价方法及系统。用以定量化评价农田土壤健康状况。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种农田土壤生态系统健康评价方法，包括：

确定土壤的测量指标，测量指标包括为一级指标、二级指标和三级指标，根据一级指标、二级指标和三级指标在土壤中的含量标准，将测量指标分为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S型指标的隶属值进行计算，得到S型指标的隶属值；

建立梯形指标评价的隶属函数，并对梯形指标的隶属值进行计算，得到梯形指标的隶属值；

建立反S型指标评价的隶属函数，并对反S型指标的隶属值进行计算，得到反S型指标的隶属值；

对S型指标的隶属值、梯形指标的隶属值以及反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各指标的权重计算得到土壤健康综合评价指数；

对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。

可选的，一级指标包括：土壤环境、土壤养分、土壤生物和土壤呼吸；

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；

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。

可选的，S型指标表示指标含量越多越好；梯形指标表示指标含量存在最适范围；反S型指标表示指标含量越低越好。

可选的，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：