来源：土地生态课题组（2025年8月7日）
本文发表于国际期刊Geoderma，2025年第460卷上。文章第一和通讯作者为澳大利亚悉尼大学（The University of Sydney）的Nicolas Francos。
文章认为，土壤表现出巨大的多样性，土壤分类通过对具有相似特征的土壤进行分组来组织这种复杂性。土壤分类是农业、环境管理、土木工程和土地利用规划的基础。土壤分类系统基于国家/地区的特征，形成了许多独立的分类框架，如美国土壤系统分类、澳大利亚土壤分类和加拿大土壤分类系统等。然而，随着人类活动越来越多改变土壤，这些静态系统难以解释随时间变化的动态变化。另外，这些分类系统的区域重点限制其在全球的适用性。因此，有必要根据土壤固有的成因（即重大人类干扰之前的自然状态）对土壤进行动态、客观、定量的分类。
土壤学家Jenny将成土因素归纳为气候、生物、地形、母质、时间五个要素（CLORPT方案）；在此基础上，McBratney等强调土壤与其他空间系统因子之间的关系，建立了SCORPAN模型。Dobarco等于2021年在数字土壤制图（DSM）框架内提出了Pedogenon（土壤基因）概念，这一术语被定义为一个概念性的土壤分类单元，该分类单元由一组表示给定参考时间的成土因素的状态变量定义。在每一个Pedogenon中，genosoils代表受干扰最少的土壤，phenosoils表示经过人为改良的状态。一些不可逆的变化会导致新的genosoils出现，预示着土壤的演化过程。Pedogenon可以用于评估区域背景下的土壤状态和能力，也可以纳入土壤安全框架中。为此，本研究通过开发第一个90m空间分辨率的全球土壤Pedogenon图（GPM），为检测全球土壤状态和能力提供系统框架。
绘制GPM共有六个关键步骤：数据采集（收集五个成土因素的全球数据集）、降维（对数量变量采用主成分分析法，对分类变量采用非度量多维排列法）、空间标准化（图层重采样至90m分辨率）、数据转换（将每个变量分数标准化）、采样和可视化、分类和映射（无监督分类，并通过质心稳定性分配Pedogenon类别）。
应用K-means算法对成土因素的所有标准化层进行聚类，根据肘部法则显示稳定聚类发生在6500处，因此确定6500为最佳的类别数量，并使用质心稳定性确定6500类可靠地代表了成土因素的自然分组。使用空间偏移采样网格进行了四次独立分类，也表现出极好的一致性。
GPM表达了标准化成土因素层和质心之间的最小欧几里得距离，显示了明显的空间异质性。蓝色编码土壤形成环境包括俄罗斯、斯堪的纳维亚半岛和加拿大北部；红色编码区域主要分布在喜马拉雅山和安第斯山脉地区，突出了地形和火山活动。GPM具有明显的纬度梯度。蓝色和紫色的编码区域形成了从东亚到东欧的连续地带；赤道附近的热带地区，特别是亚马孙盆地、刚果盆地和印度尼西亚群岛是浅绿色编码，反映了独特的气候和生物地球化学条件。干燥的Pedogenon通常呈现棕色和深绿色，如撒哈拉沙漠、阿拉伯半岛、纳米布沙漠、奇瓦瓦沙漠等。与地中海相邻的Pedogenon呈现出粉红色编码，并于北部逐渐转变为蓝色。
树状图说明了6500个分层聚类的差异，每个色条代表不同的Pedogenon，共产生了25个分支。树状图表明青色编码（赤道附近）的Pedogenon与紫色编码（加拿大北部和俄罗斯北部）非常不同。树状图中观察到的趋势也在GPM中得到重申。如在俄罗斯南部和加拿大，出现蓝色和粉红色编码的明确界限，这可能是由于生物群落的突然转变驱动的。
文章指出，GPM的绘制代表了数字土壤制图的重大进步，通过Pedogenon的分类区分了土壤形成的环境因素，为评估土壤状态变化建立了关键基线。GPM区分了genosoils和phenosoils，其具有几个关键优势：（1）它能够对数据稀缺地区的敏感土壤特性进行经济高效的监测。（2）其标准化分类支持在土壤安全框架内进行评价。（3）其灵活的结构允许在需要的时候将类别进行聚合。方法的局限性主要体现在无法获得高分辨率数据集。文章呼吁在未来研究中，通过比较全球不同地区的相似土壤类别来评估GPM，鼓励世界各地的科学家在进一步研究中使用这张地图，扩大其适用性。
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