《Agronomy》：Trends in Global Soil Research and a Microbiome-Based Framework for Soil Health Assessment
土壤健康对粮食安全、气候调节和生态系统恢复力具有基础性作用，然而全球的研究与开发工作仍然不均衡且碎片化。为提供更加综合的视角，该研究考察了1990年至2025年间全球土壤健康研究与开发趋势，同时提出了基于微生物组的土壤健康评估框架。采用基于系统评价与荟萃分析优先报告条目（PRISMA）的方法学，研究人员整合了国际发展项目、科学出版物、专利数据和微生物组相关倡议的数据，以评估土壤研究的时间、主题和区域模式。结果显示，全球土壤相关研究持续增加，其中养分管理和土壤退化仍是主导性主题，而土壤微生物组研究和碳固存则成为增长最快的领域，特别是自2015年以来。然而，显著的区域差异持续存在，研究主要集中在亚洲、欧洲和北美。为应对缺乏连贯的基于微生物组的土壤健康评估系统这一问题，研究人员提出了基于十二种功能微生物群的结构化微生物指标框架，通过可培养丰度、功能基因丰度和相对丰度进行评估。此外，研究人员引入了统一的、基于数据库的微生物组参考框架，使土壤能够相对于已知类型和条件进行解释。总体而言，该研究凸显了全球向生物驱动型和系统导向型土壤研究的转变，并为更加标准化、可扩展且生态学意义明确的土壤健康评估提供了概念基础。
1 引言
土壤远非脚下的物理基质，而是一个充满活力的动态系统，支撑着生态系统功能、粮食生产和人类福祉。土壤支持植物生长、水分调节、养分转化以及维持巨量且 largely hidden 的生物多样性等一系列关键过程。据估计，土壤中栖息着地球上近59%的生命，使其成为地球上生物多样性最丰富的生境。即便在极小尺度上，这种复杂性也显而易见——一克土壤可能包含数千个物种和数百万微生物，它们通过复杂的网络相互作用，驱动养分循环、植物生产力和碳动态。与此相一致，联合国粮食及农业组织（FAO）强调土壤支撑着约95%的全球粮食生产，构成有恢复力的农食系统的基础。
尽管土壤具有核心作用，但其正日益承受压力。当前估计表明，全球约75%的土壤已发生退化，若当前趋势持续，到2050年高达90%的土壤将受到影响。大部分退化与强化农业实践相关。例如，化肥的广泛使用——通常表现为氮素投入相对于磷和钾过量——已扰乱养分平衡并改变生态系统功能。过量氮素导致富营养化和水污染，而磷的高效利用不足则加速有限储量的枯竭并造成可及性挑战，尤其在低收入地区。同时，钾素供给不足会限制植物水分利用效率，降低对干旱的恢复力并威胁长期生产力。耕作实践进一步影响土壤结构和功能，尽管其效应并非线性。耕作强度变化可改变团聚体稳定性、孔隙结构、气体交换和有机质周转。过度扰动和土壤压实——常与重型机械相关——均会退化土壤结构、降低入渗能力并干扰水文过程，最终损害土壤功能。
这些压力并非孤立作用。气候变化正日益与土地管理实践相互作用，放大其影响。升温、降水格局变化和更频繁的极端事件已在 destabilizing 农田和草地中的关键土壤过程并降低生态系统多功能性。即便相对较小的温度升高也可产生可测量的后果；例如，1°C升温与虫害发生增加10-25%以及主要作物产量潜在降低高达7.4%相关。展望未来，影响重大。全球人口预计2050年将达到98亿，本世纪末超过110亿，对已经紧张的农业系统施加额外压力。满足这一需求预计需要粮食热量生产增加约70%，这引发了当前土壤管理实践是否长期可持续的根本问题。在此背景下，土壤健康不仅是环境关切，更是全球粮食安全和气候恢复力的核心组成部分。
土壤健康整合物理、化学和生物维度，为综合理解和管理土壤系统提供了有用框架。然而，尽管土壤相关研究和政策倡议快速增长，全球研究格局仍然碎片化。许多研究聚焦单一主题领域或仅依赖文献计量指标，常忽视发展投资和技术创新的作用。此外，考虑区域差异并使用标准化指标（如人口或土地面积）的比较分析仍然有限，且很少有研究考察研究优先事项如何在主要政策时期发生转变。迄今为止，尚未有综合努力将发展投资和科学产出联合整合到全球土壤健康动态的统一评估中。为填补这一空白，该研究通过整合国际项目数据和科学出版物，对1990-2025年全球土壤研究进行了多尺度分析，涵盖六个关键主题领域。从1990年开始分析可实现全球趋势的一致性长期评估，并捕捉从传统土壤研究向现代分子和二代测序（NGS）方法的转变。具体而言，该研究旨在：（i）量化和投资的时间趋势；（ii）评估主题趋同和区域分化；以及（iii）识别新兴研究前沿和结构性失衡。此外，该研究推进了基于微生物组的土壤健康评估框架，整合功能微生物群与互补指标，并概述了统一的参考导向方法，以支持对土壤系统更加一致和可解释的微生物组评估。
2 材料与方法
该综述整合了国际发展项目、同行评审科技文献和专利记录的数据，以从政策、研究和创新视角捕捉土壤健康。研究遵循PRISMA框架进行，以确保识别、筛选和选择相关项目、出版物和专利的透明一致方法。
2.1 项目
项目数据从世界银行集团数据库收集，使用"soil health"、"soil quality"和"soil degradation"关键词，以捕捉与土壤功能、恢复和可持续土地管理相关的倡议。仅纳入1990-2025年间实施的项目，排除管道和已放弃项目，最终获得1402个活跃和已完成项目。为考虑土壤微生物组研究这一新兴领域，额外从CORDIS数据库使用"soil microbiome"关键词获取数据，因世界银行数据集中未识别到此类项目。"Soil health"指研究土壤作为生命系统的整体功能，常与土壤有机质相关。"Soil quality"反映物理化学特性和基于传统指标的土壤状况评估。"Soil degradation"包括降低土壤功能的过程，如侵蚀、养分枯竭和污染。"Soil microbiome"指聚焦土壤微生物群落的研究，包括多样性、组成和功能潜力。应用相同的时间范围并限制为英文记录，保留190个项目并按子时期分组进行时间分析。
2.2 研究论文
科技文献从Scopus、Web of Science和PubMed收集。检索策略围绕六个主题领域组织：（1）"soil health" AND "soil organic matter"，（2）"soil degradation"，（3）"soil microbiome" OR "soil microbiology"，（4）"soil carbon sequestration" AND "climate change"，（5）（"nutrient management" OR "fertilizer" OR "fertilization" OR "fertilisation"）AND "soil"，以及（6）（"tillage" OR "till"）AND "soil"。这些领域的选择反映了FAO对土壤健康的整体性定义，即土壤作为生命系统维持生产力、环境质量和人类健康的能力。它们共同捕捉了土壤健康的主要维度，包括内在土壤特性（"soil health and organic matter"和"soil microbiome"）、关键退化过程（"soil degradation"）、生态系统服务（"soil carbon sequestration and climate regulation"）以及管理干预（"nutrient management"和"tillage"）。检索限制为1990-2025年、英文撰写、分类为论文或综述的文章。
尽管三个数据库均被检索，Scopus在所有主题领域始终提供最广泛的覆盖。因此，Scopus记录被用作文献计量和定量分析的主要数据集，而Web of Science和PubMed被保留以支持年度发表趋势的对比评估。此外，还提取和分析了与科学出版物相关的关键词以捕捉文献中的主题模式。标准化和清洗后，根据出现频率对关键词进行排序，定义为每个关键词出现的文件数量。对于每个研究主题，选择出现频率最高的前15个关键词代表主导研究方向。这些关键词进一步基于概念相似性分组为 thematic categories，以实现主要研究领域跨主题比较。
2.3 专利
专利数据从世界知识产权组织（WIPO）PATENTSCOPE数据库获取，以捕捉土壤相关领域的技术创新。检索策略遵循科学文献分析中使用的相同六个主题领域。所有检索应用一致的时间过滤器（1990-2025）。由于PATENTSCOPE内的导出限制，记录分批检索，随后合并为单一数据集。使用唯一申请标识符去除重复条目，排除缺乏有效申请年份信息的记录。对于地理分析，排除非国家专利当局和区域系统以确保国家层面比较的一致性。最终数据集用于评估专利的国家分布。
2.4 数据处理与统计分析
所有数据处理、统计分析和可视化均在RStudio中完成。数据清洗和重组使用dplyr和tidyr程序包进行。时间分析基于项目、出版物和专利数量的年度汇总（1990-2025）。项目按起始年份和主题领域汇总，多主题项目在每个相关类别中计数。区域模式使用世界银行分类评估并以百分比份额表示。趋势使用折线图可视化，跨数据库比较结合Scopus柱状图与Web of Science及PubMed折线图叠加。
3 结果与讨论
3.1 土壤相关项目的演变
1990-2025年间土壤相关项目的时间演变揭示了与全球环境治理转变相关的不同阶段。项目活动在1990年代初快速增加，从1990年的17个项目增至1990年代中期的60多个，与里约地球峰会政策动力和《联合国防治荒漠化公约》的通过相吻合，将土地退化和土壤治理提升至全球议程。第二次峰值出现在2003-2006年，2004年达到约70个项目。此时期，土壤相关倡议与粮食安全、减贫和气候缓解更紧密地结合。特别是土壤有机碳作为气候调节关键组成部分的认识加强，促进了土壤治理与气候政策框架的融合。2010年后，项目数量逐渐下降，尤其在2016-2019年间。然而，这一趋势反映了可持续发展目标推出后向综合、跨部门计划的转变，土壤相关活动常被内嵌而非明确标注。此时期与COVID-19大流行重合，影响了全球农业系统和融资优先事项。2020年后的适度恢复与再生农业和基于自然的解决方案的 renewed interest 相吻合，表明主流化而非下降的过程。
与土壤微生物组项目的比较凸显了科学聚焦的明确转变。虽然土壤健康、土壤质量和土壤退化等传统主题直到2010年代中期仍占主导，但微生物组相关研究自2015年以来快速扩展。这一分化在log转换趋势中同样明显，其中土壤健康越来越反映生物功能和生态系统恢复力，而土壤质量仍与物理化学特性相关。微生物组研究表现出最强的增长（CAGR = 5.72%），而土壤质量（-2.93%）和土壤健康（-3.27%）呈下降趋势，土壤退化保持相对稳定。这些模式表明从传统指标导向方法向生物驱动、系统导向土壤研究的转变。
同时，土壤研究表现出主题趋同和区域分化的结合。全球范围内，土壤和水污染、土地管理、气候变化和水资源等核心主题形成共享概念框架。尽管存在这种趋同，区域优先事项差异显著。东亚和太平洋对污染和气候相关主题强调强烈，反映了工业化、城市化和集约土地利用的压力。相比之下，东部和南部非洲更关注灾害风险管理和恢复力，由干旱、气候变异性和土地退化驱动。区域上，项目分布仍不均衡。东亚和太平洋（22.90%）、欧洲和中亚（18.40%）以及拉丁美洲和加勒比（17.69%）占主导，反映了更强的机构能力和研究投资。非洲地区也有实质性贡献，由土地退化脆弱性和持续国际支持驱动。相比之下，南亚（7.13%）仍然代表性不足，可能由于机构限制和土壤相关活动向更广泛计划的整合。
3.2 土壤研究的三十年趋势
基于前述区域和主题模式，时间分析进一步提供了对全球土壤研究优先事项如何随时间演变的深入理解。1990-2025年间，发表产出稳步增加，前几十年为逐渐增长，2010年后尤其2020年后显著加速。最大的绝对增幅出现在"soil degradation"和"nutrient management"，反映了它们在应对土地退化、农业可持续性和粮食安全中的核心作用。这些趋势与集约农业实践、养分失衡和气候驱动土壤过程扰动的压力密切相关。近期研究进一步强调综合养分管理和土壤保持策略作为应对这些挑战的关键响应。
然而，从相对角度观察，最快速的扩展出现在"soil microbiome"领域。尽管初始有限，微生物组相关研究自2000年代初显著加速，2015年后急剧增加，使其成为土壤科学中增长最快的研究领域之一。"Soil carbon sequestration and climate change"也表现强劲增长，反映了土壤过程向气候缓解策略的日益整合。相比之下，"soil health and organic matter"显示更稳定和适度的增长，表明更为成熟的研究领域。这些发展与更广泛的政策和制度转变相一致，包括可持续发展目标和《巴黎协定》，强化了土壤在气候和可持续性议程中的作用。近期研究活动的扩展也反映了全球合作的增加和技术进步，尽管COVID-19期间存在暂时中断。这些观察到的趋势证实了土壤研究向更加整合、生物驱动和解决方案导向方法的结构性转变，越来越强调恢复力、碳管理和基于微生物组的土壤系统理解。
3.3 关键词分析揭示的主导研究主题
为更好理解不同土壤相关主题的研究主要焦点，进行了基于关键词的分析。结果揭示了不仅具有多样性，且在各主题中存在明确特定研究方向的 dominance。虽然每个主题保持 distinct focal points，但几个关键词跨领域一致出现为 central，特别是soil organic matter、soil organic carbon和microbial communities，凸显了它们在当代土壤科学中的基础作用。跨主题综合显示向三个核心维度的明显趋同：碳动态、微生物过程和农业管理实践。这一趋同反映了土壤研究向整合、功能导向视角的根本转变，其中土壤有机质被认识为生态系统功能的关键调节因子，微生物群落被日益理解为养分循环和土壤恢复力的主要驱动因素。
然而，尽管存在这种趋同，分析也揭示了一个关键局限：土壤健康评估方法的持续碎片化。不同研究领域依赖孤立的指标，从基因水平和生化测量到管理导向和环境描述符，缺乏统一框架进行整合。这种碎片化已被广泛认识为土壤科学的主要挑战。此外，微生物组相关、碳聚焦和环境驱动关键词的主导不仅表明了当前研究优先事项，也显示了领域演进的方向。这些模式明确证明土壤健康正日益被作为生物驱动和系统水平的概念来 approach。然而，能够整合微生物、功能和管理维度的标准化框架的缺乏仍然是关键缺口。填补这一缺口对于推进土壤健康评估超越描述性指标 toward 更连贯和可操作的系统至关重要。在此背景下，基于微生物组的方法不仅作为增长的研究趋势出现，而且成为发展多维框架的核心组成部分，连接生物活性、土壤功能和可持续性成果。
3.4 土壤研究的地理分布和增长趋势
研究产出的大陆分布揭示了全球土壤科学中 pronounced structural asymmetries。亚洲和欧洲在大多数主题领域占主导，北美也保持 substantial presence，而非洲、南美洲和大洋洲尽管面临重大土壤退化压力，仍然相对 underrepresented。亚洲在"Soil Health and Organic Matter"、"Soil Degradation"、"Soil Microbiome"和"Nutrient Management"等关键领域领先，反映了集约农业系统、快速工业化和扩展的研究能力。欧洲和北美紧随其后，由强有力的监管框架和持续的土壤监测与可持续土地管理投资支持。相比之下，非洲、南美洲和大洋洲的较低贡献可能与研究基础设施、长期数据集和资金可获得性的限制有关。这种不平衡在"Soil Degradation"研究中尤为明显，尽管非洲土地退化脆弱性高，但仍代表性不足，与先前强调数据可获得性和研究能力结构性限制的评估相一致。
类似模式见于"Soil Microbiome"研究，亚洲显示最强 dominance，由测序基础设施的进步和基因组技术投资的增加支持，而其他地区受限于有限的实验室和生物信息学能力。在"Soil Carbon Sequestration and Climate Change"中，欧洲领先，反映了土壤碳向气候政策框架的强整合，包括碳农业和土地利用法规。同样，欧洲和北美主导"Tillage and Soil"研究，由长期实验系统和机械化农业实践支持，而其他地区由于结构和技术限制代表性较低。Log转换趋势进一步强调了主题间增长动态的差异，并表明了研究焦点的更广泛转变。"Soil Microbiome"表现出最高增长率（CAGR = 23.46%），其次是"Soil Carbon Sequestration and Climate Change"（20.34%）和"Soil Health and Organic Matter"（17.89%）。相比之下，"Tillage"和"Nutrient Management"显示更适度的增长，而"Soil Degradation"保持相对稳定。这些模式表明从传统实践导向方法向生物驱动和气候导向土壤研究的转变，与系统水平过程和生态系统恢复力的日益强调相一致。需要注意的是，文献计量分析主要基于Scopus记录，尽管其在所有主题领域提供最广泛的覆盖，但可能 underrepresent 非英文期刊和某些区域出版物。因此，一些区域的研究产出可能被低估，潜在影响观察到的地理分布模式。
3.5 土壤研究领域的技术创新模式
土壤相关主题间的专利活动强烈集中于相对少数国家。美国、澳大利亚和加拿大在大多数领域始终位居 leading contributors，表明其在土壤相关技术发展中的突出作用。其他国家包括印度、英国、以色列、新西兰和南非也在多个主题有所贡献，尽管水平较低。观察到的地理分布凸显了土壤相关研究中技术创新的不均衡性。具有更完善研究系统和更大创新能力国家倾向于贡献更大份额的专利活动，而许多其他区域的参与仍然相对有限。
3.6 土壤微生物组研究的方法学方法
基于前几节识别的趋势，微生物组相关研究的日益突出凸显了审视土壤微生物群落如何研究和评估的必要性。土壤微生物组研究面临若干方法学挑战，包括土壤化学和物理变异性控制、适当参考条件的选择以及研究间可比性有限。这些挑战因缺乏标准化方法学而加剧，阻碍了跨研究比较、数据整合和一致土壤健康指标的发展。此外，将特定微生物分类群与生态功能相联系仍然困难，因为亲缘关系近的生物可能因环境条件或水平基因转移而表现出 contrasting roles。而且，广泛使用的基于DNA的测序方法主要反映遗传潜力而非实际生物活性，从而忽视了土壤中大量 dormant microorganisms。因此，仅基于分类学或基因组数据的解释可能无法完全捕捉土壤系统中的功能动态。
为应对这些局限，已开发一系列分析方法，针对土壤微生物组的不同维度，包括微生物生物量、群落组成、功能潜力和代谢活性。这些方法在分析分辨率、技术复杂性和数据需求方面各不相同。重要的是，没有单一方法足以捕捉微生物功能的全部复杂性，强化了方法学协调和根据研究具体目标互补使用多种技术的需要。
3.7 基于关键微生物介导土壤功能（MMSFs）的微生物指标
为解决土壤研究领域识别的碎片化问题，该研究提出了基于十二种关键微生物介导土壤功能（12 MMSFs）的结构化微生物组框架。作为该框架的核心组成部分，研究人员系统定义了代表土壤健康最重要生物过程的核心十二种关键微生物介导土壤功能。这些MMSFs的选择基于其在文献中的 recurrent prominence、对主要土壤功能的生态相关性以及作为可解释微生物组连接指标的适用性。特别强调确保代表主要生物地球化学循环——特别是碳（C）、氮（N）和磷（P）循环——的核心微生物过程，这些循环对养分可利用性、有机质周转、土壤肥力和生态系统稳定至关重要。此外，选择的功能旨在捕捉不同土壤条件下养分循环、养分 mobilization、植物-微生物相互作用、环境恢复力和胁迫响应的基本生态系统过程，包括：nitrogen fixation；phosphorus solubilization；hydrocarbon degradation；potassium solubilization；phytohormone production；organic matter decomposition；siderophore production；mycorrhizal symbiosis（养分吸收增强）；plant growth promotion；bioremediation；antibiotic resistance；以及methane oxidation。这些功能群共同形成土壤微生物组活性的全面且功能整合的表达。
为进一步支持该框架的操作化，编制了与十二种功能群相关的代表性微生物分类群 TLR 列表。这为将功能潜力与微生物群落组成相联系提供了清晰的分类学参考。在实际应用中，这些微生物指标应相对于土壤特定的参考条件而非通用阈值进行解释。例如，健康的chernozem土壤通常以更高丰度的养分循环微生物为特征，包括nitrogen-fixing和phosphorus-solubilizing taxa，以及相关功能基因的更大 representation。相比之下，退化的chernozem土壤常表现出这些功能群丰度降低和功能潜力下降。类似地，健康森林土壤通常显示更大的真菌丰度和有机质分解能力，而退化的森林土壤与功能多样性降低和养分循环受损相关。因此，基于微生物组的土壤健康评估应将微生物指标与为可比较土壤类型、土地利用和气候条件开发的参考数据集进行比较，而非依赖通用指标阈值。
对于每个功能群，定义了三种互补指标：可培养丰度（基于CFU）、功能基因丰度和微生物群落内的相对丰度。这些指标反映三种 distinct but complementary 的土壤生物状况维度：可培养部分、功能潜力和群落结构。尽管只有相对少量土壤微生物易于培养，但培养依赖方法对于评估与特定土壤功能相关的可存活且功能活跃的微生物群落部分仍然有价值。与主要提供相对丰度和遗传潜力信息的测序方法相比，可培养丰度可提供与特定土壤功能相关的代谢活跃微生物的直接 insight。因此，在所提出的框架内，基于CFU的指标并非旨在替代NGS方法，而是通过整合可存活微生物群体、功能潜力和群落结构的信息来补充分子方法。该框架基于对这些维度在所选功能群中的联合评估。重要的是，它被设计为比较性和 context-dependent 系统而非固定阈值模型。实际上，土壤健康评估涉及将 indicator patterns 相对于参考条件进行解释，如功能良好的（健康）与退化但可比较类型和土地利用背景的土壤。在此方法下，土壤健康并非简单地从统一的高低值推断，而是从微生物组 profile 支持平衡生态系统功能（包括养分循环、植物相关过程和扰动恢复力）的程度推断。相反，偏离这些参考模式可能表明生态失衡或功能受损。健康土壤中更高的微生物丰度、更大的功能基因 representation 和平衡的群落组成通常表明活跃的养分循环和稳定的生态系统功能，而退化的土壤中降低的值或不平衡的模式反映功能损伤。重要的是，该框架并非基于单一指标或功能，而是多种微生物过程的整合。这种整合方法通过将可测量微生物指标与生态系统功能相联系，实现更全面和可操作的土壤健康评估。该框架灵活，可适应不同土壤条件和研究背景，允许研究人员在相关功能群中应用一种或多种指标类型。如此，它为将微生物组数据纳入土壤健康评估提供了结构化基础，并支持向生物学信息、系统水平土壤评估的转变。
然而，应承认若干局限。表2中总结的比较值是从不同实验条件、土壤类型、气候区域、采样策略和分析方法下进行的独立研究编译的。因此，所呈现的框架目前应被解释为概念性和参考导向模型而非完全验证的通用评估系统。该框架的目的在于展示多种微生物组连接指标和功能群如何被整合到结构化土壤健康评估方法中。相应地，表2中的值应被解释为说明性参考示例而非分类土壤健康状态的固定标准。未来验证将需要基于标准化采样方案、协调分析方法和协调多组学数据集的大规模、跨区域研究，以建立稳健的参考范围并改善跨土壤系统的可比性。此类工作可能包括跨对比土壤类型和气候区域的跨站点比较，以及参考土壤微生物组库的开发，以支持框架校准和基准化。
3.8 迈向土壤健康解释的统一的微生物组参考框架
概念上，该方法将代表操作性土壤微生物组诊断的重要步骤。它不仅能问哪些分类群或功能存在，还能使更有信息量的问题成为可能：给定的微生物组 profile 相对于已知生态基线和轨迹意味着什么。在此意义上，统一的微生物组参考框架可提供缺失的解释层，将土壤微生物组研究从描述性分析转化为土壤健康评估的比较性、可扩展和决策支持性工具。
虽然上述微生物指标框架为土壤健康评估提供了结构化和功能信息基础，但一个主要的解释挑战仍未解决：微生物组 profile 作为孤立测量时仍然难以进行有意义的评估。即使拥有分类学组成、功能潜力和基于丰度的指标，也没有广泛接受的系统允许土壤被一致地分类为生物学可解释的状况类别，也缺乏在土壤类型、环境或时间点间比较微生物组状态的 robust 框架。因此，土壤微生物组数据常保持描述性而非诊断上可操作的。
为克服这一局限，研究人员提出了统一的、基于数据库的微生物组参考框架，其中土壤样品的解释是关系性的而非独立的。在此系统中，单个土壤的微生物组将被定位在由先前表征的参考土壤定义的多维比较空间内，这些参考土壤代表已知的土壤学类型和状况状态。这将把土壤微生物组解释从静态的、逐样本的方法转向 contextual model，其中生物学意义通过相对于定义参考状态的相似性、分歧和定向运动而产生。
该概念的原理通过 dumbbell plot 格式总结了几种土壤类型中健康和退化土壤的配对比较。该图描绘了chernozem、forest、alluvial、peat和saline土壤中优势微生物门相对丰度变化的方向和幅度。这些比较表明退化与 recurring microbiome shifts 相关，同时也明确了这些 shifts 的结构和程度 strongly soil-type dependent。这种二元性至关重要：它表明土壤健康解释需要能够捕捉退化 both broadly recurrent signatures 和 individual soil systems 生态特异性的参考架构。在此框架内，未知土壤样品不仅根据通用固定阈值判断，而且根据由生物学和环境上可比较土壤组成的适当参考背景。其状况然后可从其在参考景观内的相对位置推断，允许不仅分类为健康或退化状态，而且分类为中间或过渡状况。重要的是，同一框架可支持纵向解释，因为重复采样将使其能够随时间跟踪土壤微生物组 toward deterioration、recovery或stabilization的定向运动。
该框架的实际应用将涉及建立将微生物组 profile 与标准化环境和管理元数据整合的 curated reference database。每个记录至少应记录土壤类型、地理起源、气候条件、土地利用、管理实践、采样深度、以及pH、有机质含量和养分状况等关键物理化学属性，以及通过协调分析方法产生的微生物组数据。参考样品应来自涵盖多样土壤类型和气候带的健康和退化土壤的 well-characterized sites。未知样品与参考土壤的相似性然后可使用分类学、功能和基于丰度的指标进行评估，使土壤能够被映射在多维参考框架内并相对于可比较生态背景进行分类。为维持随时间的一致性和可靠性，该系统将需要常规更新、标准化元数据协议和严格的质量控制程序。
