基于土壤质量指数法省级尺度耕地土壤质量评价及空间分布特征研究——以福建省为例

【目的】探讨福建省土壤常规五项指标的土壤质量评价及其空间分布状况,为因地制宜地保护和提升省域耕地土壤质量提供科学依据。【方法】以2019年福建省4756组耕地土壤常规五项指标(包括土壤pH值、有机质、碱解氮、有效磷和速效钾)数据为基础,应用土壤质量指数(Soil quality index,SQI)方法和GIS技术进行土壤质量评价和空间分布图绘制。【结果】福建省土壤常规五项指标的平均值分别为pH值5.48、有机质23.01 g kg^-1、碱解氮146.69 mg kg^-1、有效磷74.00 mg kg^-1、速效钾145.74 mg kg^-1,表现出省域土壤酸化严重、有效磷和速效钾丰富、有机质和碱解氮适中的现状,且“闽东南”的土壤pH、有效磷和速效钾高于“闽西北”,而有机质和碱解氮则是“闽西北”高于“闽东南”。土壤质量评价结果显示,福建省SQI的平均值为0.637,其中,厦门市SQI最高为0.671,泉州市SQI最低为0.558;有效磷在SQI中的贡献最大26.20%,而pH值则最小11.07%,且S...     

山东烟叶生产典型样区土壤质量评价

以山东3个主要植烟地区临沂、潍坊和日照的烟叶生产典型样区为研究对象,选取土壤pH值、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效钾、有效磷、有效铁、有效锰、有效铜、有效锌作为植烟土壤肥力质量的评价指标,采用模糊隶属度函数模型对土壤肥力进行定量评价,选取土壤砷、镉、铬、汞、铅、镍、铜、锌全量作为植烟土壤环境质量的评价指标,采用内梅罗指数法进行定量评价。结果表明:临沂、潍坊和日照3地典型样区的土壤肥力质量综合指数分别为0.54、0.56和0.49,土壤肥力无明显差别,平均水平未达到良好等级,存在一定的改进空间。临沂、潍坊和日照3地典型样区的土壤环境质量综合指数分别为0.59、0.58和0.54,土壤环境质量无明显差别,均处于低风险状态,但个别元素存在超标的现象,汞应成为山东烟区土壤环境质量控制的重要关注点。综合两方面的评价结果,山东烟叶生产典型样区的土壤肥力质量良好,土壤环境质量清洁,为烟叶的品质和质量安全状况提供了可靠的保证。     

昆明市植烟土壤肥力状况评价

为了全面分析昆明市植烟土壤肥力状况,以1 000个代表性植烟土壤的理化指标为基础数据,运用模糊综合评价法(Fuzzy)对植烟土壤的肥力状况进行综合评价。结果表明:(1)昆明市植烟土壤质地以壤土为主,容重、孔隙度和持水量整体处于适宜烤烟生长范围,>0.25 mm水稳性团粒含量较高,土壤抗侵蚀能力强。(2)植烟土壤pH变异系数较小,微酸性土壤比例占48.10%;有机质含量丰富,全氮含量适宜,碱解氮含量中等,有利于烤烟种植中氮素的调控;速效磷含量变异程度较高,速效钾含量丰富;交换性镁、有效钼含量变异程度较大,有效硼含量中等,水溶性氯含量不均衡。(3)昆明市植烟土壤肥力综合评价指数(IFI)的变化范围是0.258～0.957,平均值为0.703,整体IFI分值较高。植烟土壤肥力综合评价中养分强度因素的有效钼、有效硼、交换性镁和速效磷指标相对其余指标对植烟土壤肥力的作用分值较小,是影响昆明市植烟土壤肥力的限制因子。     

云南省罗平县烟区土壤肥力适宜性评价及养分时空变异特征

为提高云南省罗平县烟区烤烟施肥的针对性,于2008年和2014年对烟区355个植烟土壤样点进行跟踪取样,运用肥力适宜性指数(SFI值),对土壤肥力适宜性进行综合评价,研究了土壤养分的时空变异特征。结果表明:1罗平烟区土壤p H和速效磷、速效钾、有效锌、有效硼含量适宜,有机质、碱解氮、有效镁和水溶性氯含量偏高;2罗平烟区大部分土壤处于"较好"和"中等"水平,肥力适宜性指数平均值为0.762 9,土壤肥力状况良好;3各乡镇土壤肥力适宜性表现出大水井乡板桥镇九龙镇罗雄镇阿岗镇马街镇钟山乡旧基屋乡老厂乡富乐镇的趋势;42008—2014年,烟区土壤有机质含量整体降低,p H和碱解氮、速效磷、速效钾、有效锌、有效镁、有效硼、水溶性氯含量以及肥力适宜性指数有所增高。     

湘西植烟土壤pH和主要养分特征及其相互关系

为了解湘西烟区植烟土壤pH和主要养分特征及其相互关系,于2015年采集烟区1 242个土壤样本,研究了植烟土壤pH、有机质、碱解氮、有效磷和速效钾的适宜性分布、县域分布以及pH与这些养分指标的量化关系。结果表明:1湘西烟区植烟土壤pH平均值为6.12,有20.77%样品偏酸和18.20%的样品偏碱;有机质和碱解氮含量的平均值分别为28.42 g/kg和145.63 mg/kg,总体上处于适宜水平;有效磷含量的平均值为28.94 mg/kg,有近40%样品偏高;速效钾含量平均值为198.76 mg/kg,有近45%的样品偏低。2主产烟县植烟土壤pH和养分差异极显著。3土壤主要养分含量与pH之间呈现曲线关系;当pH5.5时或pH8.0时,随土壤pH变化,主要养分含量变化较大;当pH在5.5~8.0时,随土壤pH变化,主要养分含量变化平缓。当pH5.5时,随土壤pH升高,有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量快速下降;当pH在5.5~8.0时,随土壤pH升高,有机质、有效磷和速效钾含量缓慢升高,碱解氮含量缓慢下降;当pH8.0时,随土壤pH升高,有机质、碱解氮、有效磷含量快速下降,速效钾含量快速升高。     

不同植烟年限对土壤团聚体稳定性的影响及其相关因素分析

通过野外调查、取样和室内分析,对凉攀地区不同植烟年限的土壤团聚体稳定性及其有机碳含量等相关影响因素进行研究。结果表明:水稳性团聚体在植烟0~5 a期间被显著破坏,红壤、紫色土和水稻土团聚体MWD值分别下降68%、64%和52%;非水稳性团聚体的破坏集中在植烟3~5 a期间,3种土壤团聚体MWD值依次分别下降31%、9%和17%。有机碳含量影响团聚体水稳定性,尤以水稻土和紫色土表现显著。有机碳主要分布在5 mm和0.25 mm粒径团聚体中,随植烟年限的增加,紫色土和水稻土各粒径团聚体有机碳含量显著降低,且5 mm和0.25 mm粒径团聚体下降最明显,各粒径团聚体中有机碳分布越均匀。烤烟不宜连作,连作紫色土和水稻土烟地(田)可增施有机肥,保护土壤团聚体。     

四川省凉山州新植烟区土壤养分状况分析及综合评价

在分析四川省凉山州植烟土壤肥力指标的基础上,建立了植烟土壤肥力适宜性评价指标体系,并运用模糊数学和主成分分析法对土壤肥力水平进行了评价及分级。结果表明:(1)凉山州植烟土壤pH适宜,土壤有机质、碱解氮、速效钾含量多处于中等偏低水平;有效磷,交换性钙、镁处于中等偏高水平;有效铁、锰、锌、钼均以很丰富等级为主,水溶性硼与水溶性氯多处于中等偏低水平,而有效钼在各等级之间均有一定比例分布。(2)凉山州植烟区土壤适宜性指数变幅为0.25⁰.95,平均值为0.64,变异系数为21.87%。(3)根据土壤适宜性指数(SFI)将凉山州土壤肥力分为高、较高、中等、较低和低5个等级,属于中等以上的植烟区土壤所占的比例为94.94%,无样品分布在低水平。其中布拖县SFI最高,喜德县SFI最低,其余地区SFI居中。     

豫中烟区土壤因子分布状况及对烤烟糖碱比的影响

以豫中烟区407份土壤样品和对应的烤烟样品为材料,分析了豫中烟区几种土壤因子(土壤pH、有机质、速效钾、碱解氮和速效磷)的分布状况及对烤烟糖碱比的影响。结果表明:(1)豫中烟区土壤中性偏碱,有机质、速效钾和碱解氮均在适宜范围内,速效磷较低。不同植烟市相比较,漯河土壤pH最低,土壤速效磷和碱解氮含量均最高;许昌土壤pH最高;平顶山土壤速效钾最高。(2)豫中烟区烤烟糖碱比平均为12.11,不同植烟市变化规律为许昌>漯河>平顶山。(3)豫中烟区烤烟糖碱比与土壤pH、有机质、碱解氮、速效钾和速效磷之间均呈显著二次曲线关系,不同植烟市间土壤因子与烤烟糖碱比的回归关系有较大差异。     

重庆市涪陵区植烟土壤养分的适宜性评价及变异分析

为明确土壤养分状况及变异特征,本研究以2012年和2017年涪陵区烟田土壤样品为研究对象,采用模糊数学原理对土壤养分适宜性进行综合评价,运用t检验和多重比较方法分析了各肥力指标的变异情况。结果表明:研究区56.25%的土壤p H适宜,变幅在4.41～8.12;有机质含量变幅为7.62～39.99 g/kg,中等水平土壤占71.88%;全氮及速效氮、磷含量偏高,钾含量丰富。适宜性评价显示,2017年研究区植烟土壤适宜指数均值为0.6,变异系数为26.17%。适宜性指数分级表明,Ⅱ级以上的植烟土壤占46.88%。与2012年相比,土壤pH、有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾分别增加了0.54、1.69 g/kg、0.58 g/kg、24.63 mg/kg、17.2 mg/kg和66.6 mg/kg。因此,研究区土壤酸化趋势有所减缓,氮、磷、钾及有机质等含量有逐渐增加趋势,生产上要持续进行土壤改良,严格控制氮肥投入量,提升磷钾肥的有效性。     

云南玉溪植烟土壤速效养分空间变异特征及应用

为探讨烟田土壤养分空间变异特征及利用空间变异进行分区管理的技术路线,以全国烤烟种植典型产区云南省玉溪市烟田土壤为例,形成土壤养分空间变异分析—空间分布—肥料养分推荐—分区配方的技术思路。基于烟区土壤养分数据,应用地理信息系统(GIS),采用地统计学方法研究烟区耕作层(0~20 cm)土壤碱解氮、有效磷和速效钾的变异特征和空间分布。以乡镇作为管理单元,依据烟田土壤肥力评价及养分管理指标体系,计算出乡镇烤烟养分管理的氮、磷、钾肥料推荐量。采用聚类分析方法,结合烤烟养分管理"核心是氮、品质元素是钾"的特点,提出玉溪烤烟养分管理5个管理分区、5个基肥配方、2个追肥配方。研究表明:玉溪烟田土壤速效养分为中等强度空间变异,拟合模型为指数模型,变异来源于结构性因素和施肥等人为因素;土壤有效磷的变异最大,高于速效钾和碱解氮,与氮肥和钾肥用量相对稳定,而磷肥相对随机等农艺措施相关;超过67%的土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量处于高和极高水平,肥料氮、磷、钾推荐量低于云南省烤烟养分管理平均水平11%左右;提出5个烤烟养分管理分区及相应的基肥和追肥配方,以满足"大配方、小调整"原则,实现分类指导和分区管理。     

青藏高原典型沙化区草地土壤质量评价

为了探究青藏高原沙化区草地土壤质量变化,采用主成分分析法筛选具有代表性的土壤质量指标构建最小数据集,计算土壤质量指数SQI(Soil Quality Index),评价了青藏高原海晏县、共和县、贵南县3个典型沙化区不同沙化程度下的土壤质量变化特征。结果表明:(1)随着沙化程度的减弱,3个典型沙化区草地的地上生物量均值由0增大至(0.8±0.18)kg/m²; 土壤有机质、全氮、全钾、全磷、速效钾、速效磷、碱解氮等养分含量增大,土壤阳离子交换量(CEC)增大了87.28%; 土壤容重减小了33.62%;(2)3个典型沙化区内不同沙化程度下,贵南县森多镇土壤质量最好,其次为共和县铁盖乡,海晏县三角城镇土壤质量最差;(3)最小数据集与全数据集的土壤质量指数呈现极显著相关关系,表明采用最小数据集法代替全数据集法评价典型区沙化草地土壤质量是行之有效的。综上所述,沙化区草地的土壤质量随沙化程度的加剧逐渐降低,不同沙化区草地土壤质量存在空间差异性。     

基于最小数据集的吉林省黑土耕层土壤质量评价

黑土作为吉林中部平原粮食主产区主要土壤类型,其质量的优劣直接影响区域生态安全和农业可持续发展。该研究以吉林省典型黑土耕层土壤作为研究对象,采集1 401个土壤样本,测定8项土壤理化指标及玉米产量。采用最小数据集法筛选评价指标,对于黑土耕层土壤进行质量评价,并综合土壤质量指数和产量提出评价指标的适宜范围。结果表明:吉林省黑土耕层土壤质量评价最小数据集由耕层容重、有机质、速效磷、pH构成,由全量数据集(Total Data Set,TDS)、重要数据集(ImportantDataSet,IDS)和最小数据集(MinimumDataSet,MDS)分别计算的土壤质量指数之间存在显著正相关关系,R~2分别为0.716、0.771,表明MDS可以替代TDS对黑土耕层土壤质量进行评价。黑土玉米种植区耕层土壤质量指数分布在0.22～0.75之间,均值为0.53,呈现东部高西部低的趋势。土壤质量指数随产量先增加后降低。黑土耕层保持较高土壤质量及产量的评价指标适宜范围分别为:容重为1.23～1.43 g/cm3,酸碱度(pH值)为4.74～6.96,有机质为33.14～35.81 g/kg,有效磷为122.46～136.06 mg/kg。该研究结果可为吉林省黑土耕层土壤质量诊断、提高黑土肥力及选择适合农田管理措施提供理论及参数支撑。     

基于最小数据集的青藏公路沿线土壤质量评价

为明确青藏公路沿线土地土壤质量的基本特征,通过采集沿线3种不同土地利用类型(农地、草地和沙地)的土壤样品,采用主成分分析法(PCA,Principal Component Analysis)筛选最小数据集(MDS,Minimum Data Set)指标,并构建土壤质量指数(SQI,Soil Quality Index)定量评价其土壤质量。结果表明:(1)相较于农地和草地,沙地的土壤肥力较为贫瘠,其土壤有机质、全氮和有效磷的土壤肥力等级均为6级。9个土壤指标均为中低度敏感指标,沙地土壤黏粒和粉粒含量具有更强的空间分异性。(2)沿线土壤质量评价最小数据集由全钾、全磷、有机质、黏粒和粉粒组成,最小数据集能够较好地替代全数据集进行土壤质量评价(p<0.01)。(3)沿线农地的土壤质量指数SQI(0.535±0.043)高于草地SQI(0.499±0.044)和沙地SQI(0.449±0.066)。该研究发现沿线农地土壤质量为中等水平,沿线草地和沿线沙地土壤质量处于较低水平,土壤有机质是影响青藏公沿线土壤质量的主要因素。     

中国东北农田土壤质量评价的最小数据集选择

Soil quality assessment provides a tool for agriculture managers and policy makers to gain a better understanding of how various agricultural systems afect soil resources.Soil quality of Hailun County,a typical soybean (Glycine max L.Merill) growing area located in Northeast China,was evaluated using soil quality index(SQI)methods.Each SQI was computed using a minimum data set(MDS) selected using principal components analysis(PCA)as a data reduction technique.Eight MDS indicators were selected from 20 physical and chemical soil measurements.The MDS accounted for 74.9% of the total variance in the total data set(TDS).The SQI values for 88 soil samples were evaluated with linear scoring techniques and various weight methods.The results showed that SQI values correlated well with soybean yield (r=0.658**) when indicators in MDS were weighted by the regression coefcient computed for each yield and index.Stepwise regression between yield and principal components (PCs) indicated that available boron(AvB),available phosphorus (AvP),available potassium (AvK),available iron (AvFe) and texture were the main factors limiting soybean yield.The method used to select an MDS could not only appropriately assess soil quality but also be used as a powerful tool for soil nutrient diagnosis at the regional level.     

基于最小数据集的黄土高原矿区复垦土壤质量评价

矿产开发影响了土壤质量,特别是在黄土高原生态脆弱地区。通过植被恢复能够改善矿区复垦土壤质量。为了揭示矿区复垦土壤质量在植被恢复过程中的变化,该文以黑岱沟矿区排土场不同恢复年限不同植被类型、未复垦地和周边自然植被恢复区为研究对象,选取21项理化生指标作为总数据集(totaldataset,TDS),运用主成分分析(principal component analysis,PCA)结合Norm值构建评价指标最小数据集(minimum data set,MDS),通过非线性(non-Linear,NL)和线性(linear,L)两种评价方法对研究区土壤质量进行了评价。研究表明:黄土高原北部典型矿区复垦土壤质量评价指标MDS包括粉粒百分比、有机质、速效磷、钠吸附比和微生物碳;2种评价方法下,植被恢复均对复垦土壤质量指数(soil quality index,SQI)有了显著提升(P 0.05),复垦20 a灌木SQI高于复垦10 a灌木SQI,复垦12 a草本SQI高于复垦20 a草本SQI,然而所有复垦土壤SQI均未达到自然植被恢复土壤SQI;由于非线性土壤质量评价方法(SQI-NL)具有更大的土壤质量指数变化区间和变异系数,此外,在SQI-NL和线性土壤质量(SQI-L)评价两种方法下,MDS和TDS之间决定系数分别为0.911和0.866,因此,非线性土壤质量评价方法在该区域具有更好的适用性,并且最小数据集能够较准确地进行土壤质量评价。     

Comparison of methods for evaluating the suitability of Vertisols for Gossypium hirsutum (Bt cotton) in two contrasting agro-ecological regions

Cotton (Gossypium sp.) is a major crop grown under rainfed conditions in Vertisols and associated soils in semi-arid tropical (SAT) regions of Peninsular India. In recent years, cotton productivity has declined due to various biophysical factors including pest and diseases, seasonal water stress soil degradation and poor crop management practices. In this study, we compare two methods for evaluating the suitability of Vertisols for cotton in contrasting two agro-ecological regions viz., sub-humid moist (SHM) region and semi-arid dry(SAD) were characterized. Twelve cotton growing Vertisols (seven from SHM and five from SAD) were evaluated for their suitability for cotton cultivation using soil quality index (SQI) and modified Sys-FAO method. SQIs were calculated using the weighted additive index from transformed scores of selected indicators by principal component analysis. For Sys-FAO method both biophysical and soil characteristics were considered for suitability evaluation. We found that the soils of SHM region were moderately suitable for cotton cultivation with soil moisture as the major limiting factor, whereas the soils of SAD region are marginally suitable due to high exchangeable sodium percentage and poor hydraulic conductivity. From this, it may be concluded that the weighted SQI has better agreement with the cotton yield.     

基于产量的稻田肥力质量评价及障碍因子区划——以进贤县为例

土壤肥力质量评价及土壤肥力障碍因子分析,对于区域土壤利用和改良、指导农业生产结构布局具有重要意义。以江西省进贤县为研究区,通过水稻遥感解译测产,结合主成分分析进行土壤质量评价;采用综合指数法表征土壤肥力质量水平,分析该区域低肥力质量区域主要障碍因素,并进行障碍因子区划。结果表明,该地区土壤肥力质量评价的最小数据集(MDS)指标包括:有机质、阳离子交换量(CEC)、全钾(TK)、交换性钙(Ex.Ca)、容重、粉黏比;土壤质量综合指数与水稻产量相关系数达到0.73(p0.01),以当地水稻平均产量7.215 t hm~(-2)确定土壤质量综合指数阈值为0.65。分析得出,该地区影响土壤肥力的主要障碍包括有机质含量低和容重较大反映的低熟化度障碍、中量元素缺乏反映的酸化障碍、全钾含量低和高粉黏比反映的结构障碍等。根据障碍因素将研究区域划分为三大障碍区:东南部丘陵区主要障碍因子为酸化和土壤结构障碍;中西部低岗平原主要为土壤酸化障碍;北部滨湖区主要障碍为水稻土熟化程度低。通过对不同区域施行针对性改良措施有益于提高土壤肥力。     

长期施肥下黄壤旱地磷对水环境的影响及其风险评价

通过对贵州中部黄壤旱坡地进行采样以及采用无界径流小区法收集地表径流样品 ,探讨长期施肥下旱地磷素水平与地表径流磷浓度的变化及其对水环境的影响。结果表明 :长期施肥下黄壤旱地的磷素水平不断提高 ,CaCl2 浸提磷 (溶解态活性磷 )和NaOH浸提磷 (藻类可利用的土壤总磷 )与土壤全磷或有效磷之间存在显著的相关性 ,土壤富磷化的同时 ,旱地磷对水环境影响的潜能明显提高。黄壤旱坡地中CaCl2 浸提磷、Olsen P、NaOH浸提磷、土壤磷吸持指数、土壤磷饱和度与地表径流中颗粒态磷、生物有效性磷和溶解态活性磷之间的相关性均达显著水平 ,以这些参数作为评价指标 ,初步将黄壤旱地磷对水环境的潜在影响程度分为 3个等级     

Assessment of Horizantal and Vertical Variabilities of Soil Quality using Multivariate Statistics and Geostatistical Methods

The aim of this study is to examine the horizantal and vertical spatial changes of soil quality (SQ) in rice-cultivated soils located on the Bafra Deltaic Plain—one of the most important alluvial deltaic plains and production centers of Turkey. The study examines these spacial changes by calculating the soil quality index (SQI) for soils 0–30 cm and 30–60 cm deep. For SQI calculations, seventeen potential physicochemical SQ indicators of eighty-three soil samples were assessed. Quality indicators to be used in these calculations were selected by considering the clay content, correlation relationship, and principal components analysis (PCA) of potential quality indicators. Clay, silt, sand, electrical conductivity (EC), exchangeable calcium (Ca_exc), and exchangeable magnesium (Mg_exc) were selected as quality indicators, and silt was found to be the most important quality indicator for both soil depths. The SQ of researched soils changed from low to high for both soil depths.     

基于土壤剖面质地构型的土壤质量评价——以河南省封丘县为例

土壤剖面质地构型是土壤质量和土壤生产力的重要影响因子,对冲积平原地区来讲尤其重要。然而,现有的土壤质量评价研究中,很少采用该因子,且评价指标筛选大多缺乏明确的生物学意义。本研究利用河南省封丘县39个剖面数据及113个土钻样点数据,使用模糊C均值聚类方法 (FCM)结合Kriging插值方法获取的9种土壤剖面质地构型在空间上分布的单一类别隶属度图;在此基础上结合专家知识,针对平原地区旱作作物及耕地的耕性对土壤剖面质地构型的性状进行打分,以分值为参照,在Arc GIS 9.2中9个单一类别隶属度栅格文件进行栅格计算,获取了研究区土壤剖面质地构型栅格的综合分值。利用包括土壤剖面质地构型在内的多个土壤属性,结合作物产量数据,使用主成分分析(PCA)方法确定了最小数据集(MDS);应用指数和法,基于两种途径对土壤质量进行了评价,并结合测产获取的作物产量对两种评价结果进行了对比分析。结果表明:土壤质量指数与作物产量有较好的相关性,土壤质量评价结果能够较好地反映研究区的土壤质量状况。在添加剖面质地构型因子后,土壤质量评价结果有进一步的改善,可见在黄河泛滥冲积平原地区,剖面质地构型是土壤质量评价必不可少的因子。