多时空尺度的土壤质量评价最小数据集的建立

[目的]探讨土壤质量评价最小数据集的建立方法,并且基于建立的方法构建不同时空尺度的土壤质量评价最小数据集。[方法]基于环境相关法,采用皮尔森相关分析、主成分分析和计算矢量常模值、土壤母质类型、土壤类型和土地利用与土壤质量的关系等建立土壤质量评价最小数据集。[结果]就空间尺度而言,衡量县域和乡镇尺度土壤质量好坏的最小数据集明显不同,2008年县域尺度下最小数据集包括土壤容重、砂粒、土壤有机质、黏粒、pH、土壤有效锌、土壤有效锰7个指标,而进入2008年乡镇尺度下的最小数据集则为粉粒、有效钾、有效锰、全氮、土壤容重、黏粒、pH、土壤有效铁8个因素;就时间尺度而言,不同时期的最小数据集不同。[结论]土壤质量评价必须和时空尺度挂钩才有意义。基于该研究建立的方法得到的土壤质量评价最小数据集参数能够最大限度地包含所有未入选参数所表达的土壤质量信息。不同时空尺度下建立土壤质量最小数据集冗余程度最低。     

基于最小数据集的宁夏耕地土壤质量评价

以宁夏耕地土壤为研究对象,选取15项土壤质量指标,运用主成分分析结合Norm值构建评价指标最小数据集(MDS),通过灰色关联度和非线性模型(non-linear model,简称NL)进行土壤质量评价.研究表明,宁夏耕地土壤质量评价指标MDS包括全氮、全磷、胡敏酸碳量、交换性钙、交换性镁含量;2种评价方法结果具有高度的正相关性,相关性系数为0.88,相互验证了评价结果的准确性,非线性评分模型方法计算更加简便.研究区耕地土壤质量处于中下等水平,各地土壤质量依次为固原市>石嘴山市>银川市>吴忠市>中卫市.     

土壤质量评价中少量样本最小数据集的构建——以内蒙古杭锦旗黄河南岸灌区典型地块为例

为研究土壤质量评价过程中样本容量较少情况下最小数据集的构建方法。采集并测定内蒙古杭锦旗黄河南岸灌区典型地块的12个土壤理化指标,利用聚类分析、相关分析和主成分分析等探讨了少量样本最小数据集的构建方法。结果表明:1)通过聚类分析、相关分析和主成分分析所构建的最小数据集中的指标包括土壤容重、饱和含水量、土壤电导率、阳离子交换量、硝态氮、速效钾、速效磷;2)全体数据集与最小数据集的土壤质量指数呈显著正相关,R2达到了0.735,Nash有效系数为0.917,偏差系数为0.057;3)基于全体数据集和最小数据集计算得出的土壤质量指数变化范围分别是0.47~0.73和0.37~0.75,平均值为0.56和0.53,表明研究地块土壤呈现中等质量水平。研究发现,在黄河南岸灌区典型地块基于少量样本进行土壤质量评价的过程中,使用聚类分析、相关分析、主成分分析3种分析方法可以构建最小数据集,且检验精度较高。     

应用最小数据集评价不同采伐强度天然针阔混交林的土壤质量

以长白山地区天然云冷杉阔叶混交林为研究对象，分别采集土层深（h）0TN),评价不同采伐强度下的土壤质量。结果表明：研究区土壤呈弱酸性，有效养分水平为中等；中度采伐样地的土壤有机质显著高于轻度采伐样地（P<0.01）;随着土层深度增加，土壤的有机质、全氮、全磷质量分数和含水量均显著降低，土壤密度显著增加（P<0.01）。MDS分别与TDS和MDS_TN的土壤质量指数线性回归的决定系数（R²）分别为0.869 2、0.943 4,说明MDS能够有效代替TDS评价土壤质量。     

河北平原冬小麦/夏玉米高产田土壤肥力质量最小数据集构建及其评价

基于河北平原区冬小麦/夏玉米11县高产田的396个土壤样点数据,利用主成分分析及相关关系法确定了该区域土壤肥力质量评价的最小数据集,并采用模糊数学隶属度函数法对该区域土壤肥力质量进行评价。结果表明,河北平原区小麦/玉米高产田土壤肥力质量评价的最小数据集(MDS)由pH值、土壤容重、有机质含量、速效磷含量、磷酸酶活性、阳离子交换量(CEC)、微生物量碳、微生物量氮等8项指标组成;微生物量氮和土壤阳离子交换量的隶属度均值较低,是该地区主要的限制性因子,有机质含量次之,土壤容重的隶属度值最高;曲周、吴桥的土壤肥力综合质量指数(IFI)处于Ⅲ级的中等水平,其他9县均为Ⅱ级的良水平。综合分析可知,河北平原小麦/玉米高产田土壤肥力有待于进一步提高。     

基于最小数据集的保山市植烟土壤质量评价与障碍诊断

【目的】通过分析保山市5个县(市、区)植烟土壤质量特征，明确制约土壤质量的主要障碍因子，为区域性植烟土壤障碍治理技术研发、养分管理和优质烤烟生产提供科学依据。【方法】采集保山市5县(市、区)24个乡(镇)72个村的植烟土壤样品，选取pH、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾、土壤容重、田间持水量、蔗糖酶和脲酶等12项指标作为总数据集(TDS),通过构建评价指标最小数据集(MDS),计算土壤质量指数；采用障碍因子诊断模型，分析主要障碍因子。【结果】12项指标经K-S检验，均服从正态分布，进入总数据集(TDS)。经主成分分析筛选，有机质、全磷、碱解氮、有效磷、土壤容重和蔗糖酶等6项指标进入最小数据集(MDS)。土壤质量指数(SQI)的MDS-SQI与TDS-SQI呈极显著正相关关系，最小数据集可代替总数据集对保山市植烟区土壤质量进行评价。施甸县、昌宁县、隆阳区、龙陵县和腾冲市的MDS-SQI土壤质量指数分别为0.681、0.668、0.665、0.626和0.579。障碍度分析表明，保山市各县(市、区)植烟土壤主要障碍因子为田间持水量(平均障碍度0.251)、碱解氮(平均障碍度...     

不同衰老程度顶坛花椒土壤养分质量的评价

【目的】为喀斯特石漠化地区花椒林地土壤肥力改良及植被恢复提供科学依据。【方法】以花江峡谷地区6种不同衰老程度顶坛花椒林地土壤为研究对象,通过测定其有机碳(SOC)、全氮(TN)、碱解氮(AN)和全磷(TP)等29项土壤养分及矿质元素化学指标,并运用主成分分析法以及构建土壤质量评价的最小数据集,对顶坛花椒土壤的养分质量进行评价。【结果】1)不同衰老程度顶坛花椒的土壤养分含量存在差异,总体表现出衰老退化较轻花椒林地土壤养分含量高于衰老退化严重的花椒林地。2)研究区土壤养分质量评价的最小数据集有二氧化硅(SiO2)、硼(B)、全钾(TK)、钼(Mo)、速效磷(AP)和速效钾(AK) 6个指标。3)全体数据集土壤质量评价分值依次为低挂果植株(315. 410)幼树衰老植株(233. 972)黄叶+低挂果植株(80. 844)全死亡植株(-35. 366) 4/5死亡植株(-268. 017) 1/2死亡植株(-326. 845)。【结论】衰老退化较轻的顶坛花椒林地的土壤质量较好,但6种(Ⅰ～Ⅵ)不同衰老程度顶坛花椒林地均需要对应增施不同肥料改良土壤质量。     

土壤质量评价指标体系的构建及评价方法

【目的】探究国内外土壤质量评价方法与指标体系,梳理土壤质量评价中的研究热点与发展前沿,为我国土壤质量评估研究及方法应用提供科学参考。【方法】基于Web of Science 和CNKI数据库,利用文献计量检索方法,收集有关土壤质量评价指标、最小数据集筛选、土壤质量评价方法等方面的文献415篇、最小数据集155个。基于土壤质量评价指标选取频率、评价方法和最小数据集等信息,分析近30年来全球土壤质量评价的发展态势、前沿领域以及评价中存在的问题。【结果】国内外土壤质量评价指标体系涉及25个物理指标、36个化学指标、35个生物指标和19个环境指标。土壤有机质作为土壤质量的核心指标,其选取频率最高,为96.6%;其次是土壤酸碱度、全氮、速效磷、速效钾和容重,选取频率均在50%以上;微生物生物量、土壤酶活性等生物指标选取频率较低,均小于25%,但呈逐年增加的趋势。最小数据集构建方法中,主成分分析能最大限度地减少指标冗余,体现原始变量的绝大部分信息,应用最为广泛。被筛选进入最小数据集的指标中,有机质、速效磷、容重和土壤酸碱度在表征土壤质量时应用广泛,频率分别为67.7%、43.2%、34.8%和34.2%。目前土壤质量评价研究主要采用主成分分析方法筛选土壤质量指标,运用土壤质量指数法进行综合评价,能较准确地评估管理措施对土壤质量的影响,适用于土壤可持续管理。【结论】土壤有机质、速效磷、酸碱度、容重和含水量是表征土壤质量的重要评价指标。构建能够客观、全面、真实地反映土壤质量变化的指标体系及其与信息技术的融合是未来土壤质量评价研究的重点,应用指标体系在大空间尺度评估土壤质量是未来发展的趋势。     

贵州省耕地土壤的养分状况

为贵州省土壤养分等级划分标准的制定和耕地的合理利用与管理提供一定的理论依据,对贵州省36个县(市、区)共计162716个耕地土壤样品的有机质、全氮、有效磷和速效钾含量状况进行统计分析,并采用全国第2次土壤普查分级标准对贵州省耕地土壤养分含量水平进行评价.结果表明:贵州耕地土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量分别集中在26～42 g/kg、1.5～2.3 g/kg、11～22 mg/kg和100～180mg/kg;贵州耕地土壤有机质及全氮含量均处于较高水平,有效磷含量处于中上水平,速效钾含量与全国平均水平相当.分析结果对掌握贵州耕地土壤养分状况、耕地养分利用管理和作物高产稳产的合理施肥具有重要意义.     

渭北黄土高原沟壑区土地整治中新增耕地土壤养分现状分析

【目的】以渭北黄土高原沟壑区为例,研究土地整治中新增耕地的土壤养分特征,为判别新增耕地能否实现可持续利用提供参考。【方法】以位于渭北黄土高原沟壑区的白水、蒲城和富平3县新增耕地为研究对象,每20 ha新增耕地作为一个采样单元,采集0~30 cm耕层土壤,共采集土样30个,测定土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量及土样质地等指标,分析土壤养分状况。【结果】渭北黄土高原沟壑区新增耕地土壤质地均为粉壤土,有机质、全氮、有效磷及速效钾平均含量分别为16.69 g/kg、0.67 g/kg、15.79 mg/kg和173.28 mg/kg;有机质和速效钾含量表现为白水县>富平县>蒲城县;全氮含量表现为蒲城县>白水县=富平县;有效磷含量表现为白水县>蒲城县>富平县。相关性分析结果表明,土壤有机质含量与全氮含量呈显著正相关(P<0.05),与有效磷、速效钾含量呈极显著正相关(P<0.01,下同);有效磷含量与速效钾含量呈极显著正相关。除全氮外,其他土壤养分含量与砂粒含量呈正相关,与黏粒和粉粒含量呈负相关。参照黄土高原养分分级指标对渭北黄土高原沟壑区新增耕地的土壤养分进行分级评价,土壤有机质含量整体处于中等水平,全氮含量较低,有效磷和速效钾含量较高。【结论】渭北黄土高原沟壑区不同采样县新增耕地土壤养分存在地区差异性。土壤有机质含量对土壤养分含量影响较大。     

桂北土壤肥力质量对尾叶桉人工林连栽连作的响应

以桂北尾叶按三代连栽连作人工林为研究对象,分析20项土壤理化性质差异,筛选出尾叶按林地土壤肥力质量评价最小数据集,并对土壤肥力进行质量评价。结果表明:第三代尾叶按人工林大部分土壤理化指标比第一、第二代林土壤显著降低,其中第三代林土壤持水量、毛管孔隙度、有机质、全磷、有效磷、速效钾、有效元素含量显著低于第一代林、第二代林。基于主成分分析及皮尔逊相关性分析筛选出毛管孔隙度、有机质、全磷、有效磷、速效钾、有效硼、有效钙和有效锌含量,建成反映桉树人工林土壤肥力质量的最小数据集。评价发现,三代连栽尾叶按人工林土壤肥力为第二代(0.785)第一代(0.642)第三代林(0.566),土壤肥力质量先增加后降低,尾叶按连栽两代之后土壤理化性质显著退化。因此,建议在第二代林采伐后要及时补充因连栽下降的元素,以达到桉树速生丰产的目的。     

潮土区耕地地力评价及空间差异性敏感因素分析——以温县为例

耕地地力评价是实现耕地数量、质量、生态"三位一体"保护工作的基础。为探究特定土壤类型耕地地力及影响空间差异性的敏感因素,以河南省温县为例,从地学条件、土壤性状、土壤管理和生物特性4个方面构建潮土区耕地地力评价指标体系,通过对各指标分级赋值、加权求和计算区域耕地地力,采用自然断点法进行等级划分,并引入贡献分值定量化分析影响耕地地力等级空间差异性的敏感因素。结果表明:温县耕地地力总体水平较高,具有明显的地域差异特征,以青峰岭为界,北部耕地地力较南部高,其中一等地和二等地较多,分别占总面积的32.22%和50.59%;影响温县地力等级空间差异性的敏感因素集中在土壤容重、土壤养分元素、有机质含量的自然条件和田间输水方式的人工条件指标中。结果与实际调查结果高度吻合,为合理配置温县耕地资源和调整种植业结构奠定了基础。评价模型和指标体系可以满足潮土区耕地地力评价及空间差异性敏感因素诊断,可为潮土区耕地质量提升作参考,为相关研究提供新的思路和方法。     

喀斯特山区土地利用方式对土壤质量的影响

【目的】探明贵州西部喀斯特生态脆弱区土地利用方式对土壤质量的影响,为喀斯特山区生态文明建设和社会经济的可持续发展提供理论参考。【方法】以贵州省盘州市农田、弃耕地、天然草地、人工草地及林地等5种土地利用方式为研究对象,采用野外调查和室内分析相结合的方法,研究不同土地利用方式对土壤质量的影响。【结果】不同土地利用方式对土壤容重和土壤孔隙度的影响差异显著,林地土壤的容重最小、孔隙度最大,农田土壤的容重最大、孔隙度最小;土壤田间持水量为34.01%～48.38%,且在不同土地利用方式之间的差异性显著。土壤pH为4.59～5.53,以农田最小;林地、人工草地及弃耕地的阳离子交换量高于天然草地和农田;有机质含量为28.40～76.27 g/kg,其中林地的土壤有机质含量最大,天然草地和人工草地次之,弃耕地和农田较小;农田的全氮、全磷、碱解氮和有效磷含量最高,不同土地利用方式间全钾和速效钾含量差异显著且有效性指数均小于0.9;5种土地利用方式的土壤有效铜和有效锌有效性指数为6.50～14.65。土壤质量为林地天然草地人工草地弃耕地农田,土壤有效性综合指数林地为农田的1.68倍。【结论】林地和草地的土壤质量优于农田和弃耕地,为区域土壤资源的综合利用和生态恢复提供理论参考。     

呼伦贝尔市粮食主产区耕地土壤养分现状

利用2019年呼伦贝尔市耕地质量等级评价养分调查数据,研究了呼伦贝尔市粮食主产区耕地土壤有机质等养分含量现状。结果表明:当前呼伦贝尔市粮食主产区土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾平均含量分别为55.1 g/kg、2.73 g/kg、46.2 mg/kg、242 mg/kg,pH平均值为6.0;养分含量在1级(高)和2级(较高)水平的占比达72.15%～95.91%。土壤各养分之间呈极显著正相关。阿荣旗和扎兰屯市养分含量总体低于其他旗市;草甸土养分含量总体低于其他土壤类型。     

基于最小数据集的宜章植烟土壤综合肥力评价

采用主成分分析和相关性分析方法，构建了由土壤有机质、全磷、pH值、交换性钙、有效钼、有效锰、有效硫、水溶性氯等组成土壤肥力评价的最小数据集（MDS），综合分析了湖南宜章烤烟产值与土壤质量的关系，探究了制约烤烟产质量的土壤因素，并提出了土壤保育和肥力提升技术措施。结果表明，全数据集的土壤肥力指数（TDS-IFI）与最小数据集的土壤肥力指数（MDS-IFI）之间呈显著正相关，R2达到0.6332。TDS-IFI介于0.451～0.756之间，均值为0.591;MDS-IFI介于0.444～0.734之间，均值为0.565，表明宜章烤烟区的土壤肥力属于中等。土壤pH值偏中性和弱碱性，有机质和碱解氮含量相对较高，有效铜、有效铁和水溶性氯含量较适宜，而有效硫和有效锰含量较低。     

新野县耕地土壤耕层有机质变化趋势及分布特征

整理第二次土壤普查化验数据和2018年耕地质量调查评价化验数据,并进行对比分析。结果表明,土壤有机质呈显著上升趋势。在此基础上,分析了耕层有机质含量在行政区域、不同土类、耕层质地上的分布特征,探讨了影响耕层有机质含量的主要因素,提出了主要调控措施。     

乌兰察布市耕地土壤中氮磷钾元素含量分析

为进一步了解乌兰察布市耕地土壤中全氮、有效磷和速效钾含量,分析了乌兰察布市10个旗(县、市)耕地土壤中全氮、有效磷、速效钾含量.结果发现各旗(县、市)耕地土壤中全氮、有效磷、速效钾含量存在较大差异.其中,卓资县耕地土壤平均全氮含量最高,为1.45 g/kg.察右中旗耕地土壤平均有效磷含量最高,为25.6 mg/kg.化德县耕地土壤平均速效钾含量最高,为242 mg/kg.通过研究乌兰察布市各旗(县、市)耕地土壤全氮、有效磷和速效钾含量,为改善和提高全市耕地土壤质量提供重要数据支撑.     

基于多元线性回归的东北风沙土耕层土壤质量评价

[目的]采用耕作指数(TI)定量评价东北风沙土区农田耕层土壤质量,为准确评价东北风沙土区耕层土壤质量提供科学依据。[方法]以黑龙江省大庆市杜尔伯特蒙古族自治县域内风沙土区玉米田块为调查对象,依据土壤肥力差异,选取18个调查点进行28项常规土壤理化性状指标和玉米产量的测量。采用多元线性回归方法建立耕层质量评价最小数据集(MDS),计算土壤耕作指数(TI)。[结果]多元回归结果表明,土壤有机质、全磷、碱解氮、孔隙度和pH构成评价风沙土壤质量的最小数据集(MDS)。最小集耕作指数(MDS-TI)分别与全量数据集耕作指数(TDS-TI)和玉米产量呈极显著正相关,相关系数分别为r=0.95和r=0.96,表明可以用最小数据集替代全量数据集来评价土壤质量。依据耕作指数0～1取值范围,将耕作指数分为0～0.33,0.33～0.66,0.66～1.00,对应耕层土壤地力高中低3个等级。该研究的18个调查点高产田占11.1%,中产田最多,占55.6%,低产田占33.3%,说明风沙土区农田以中低产田为主。[结论]利用最小数据集耕作指数可以有效评价东北风沙土壤质量,为东北风沙土质量评价和中低产田改良提供理论参考。     

上海古猗园土壤质量现状及人为干扰的影响分析

为了解上海古猗园内不同区域土壤的理化性质和养分情况,对上海古猗园内不同样地土壤的11个指标进行了测定及评价,并比较了不同人为干扰下各样地间土壤理化性质的差异。结果表明,8个调查样地的土壤状况总体良好,土壤中氮、磷、钾、有机质等营养物质充足,但所有样地的EC值均较高,翠猗桥东样地的土壤有效磷供应不足;石韵馆北样地的土壤质量最差,密度大、孔隙度小,全氮及碱解氮含量最低,全磷、有效磷、有效钾及有机质含量均偏低,需重点进行土壤改良。此外,人为干扰对土壤理化性质的影响明显,在孔隙度、容重、碱解氮、有机质含量、全磷、速效磷6个理化指标上,古猗园封闭区域和开放区域之间土壤理化性质存在显著差异。     

扬州市耕地土壤有效硼含量的时空变异特征及驱动因子分析

本研究以江苏省扬州市为例,分析了长江三角洲地区耕地土壤有效硼含量的演变特征,探讨了土壤性状、理化性质和人为活动对土壤有效硼含量的影响。以扬州市1984、2005、2020年耕地土壤有效硼含量为研究对象,利用地理信息系统（GIS）和地统计学方法分析了土壤有效硼含量的时空变异特征及其驱动因素。结果表明：1984、2005、2020年扬州市耕地土壤有效硼平均含量分别为0.27、0.28、0.43 mg·kg^-1,整体上均处于较低水平;1984—2020年有效硼含量增加0.16 mg·kg^-1,增幅达59.26%;1984、2005年耕地土壤有效硼含量主要集中在Ⅲ、Ⅳ级水平,分别占耕地面积的98.33%、92.47%;2020年耕地土壤有效硼含量大幅提升,Ⅱ级和Ⅲ级占比高达99.37%。土壤性状对土壤有效硼含量具有显著影响：不同成土母质中,黄土母质和基岩残积物的有效硼含量较高;不同土壤质地中,轻黏土的有效硼含量较高;土壤理化性质中,土壤pH和有机质对土壤有效硼含量有显著影响。人为活动中,施肥结构和耕作方式等的改变也是影响土壤有效硼含量的重要因素。研究表明,长江三角洲地区需注重硼肥的补充,可以通过调整土壤pH值及增加有机肥的施用量等提高农田土壤有效硼含量。