基于最小数据集的长春市耕地土壤质量评价-《江苏农业科学》(2019年20期).docx

龙源版权所有 基于最小数据集的长春市耕地土壤质量评价作者：杨黎敏 李晓燕 任永星 付娆来源：《江苏农业科学》2019年第20期 摘要：吉林省长春市是东北黑土集中分布的区域，是我国重要的粮食生产基地，其辖区内榆树县、农安县、德惠县均为全国排名前十的产粮大县，实时评价耕地土壤质量是保障区域土地资源适宜性管理和粮食安全的基础。但由于土壤指标繁多，成本较高，给区域尺度耕地质量评价带来了困难。耦合GIS空间分析和主成分分析法筛选最小数据集对长春市耕地土壤质量进行评价，并对其影响因素进行分析。结果表明：（1）长春市耕地土壤质量最小数据集包括有机质含量、全氮含量、阳离子交换量、pH值、有效锌含量、有效铁含量6项指标，最小数据集的评价结果与全数据集具有较好的一致性（R2=0.801）;（2）研究区耕地质量水平总体较高，一级、二级和三级土壤质量面积占总面积的 77.34%，土壤质量区域差异性显著，土壤质量较好的耕地主要集中在长春市郊区、德惠县、榆树县一线，由此线向西北、东南方向土壤质量逐降;（3）方差分析表明，土壤类型、成土母质、地形、气候因素对土壤质量的区域异质性均有显著影响。 关键词：评价指标;土壤质量;最小数据集;环境因素;GIS;长春市 中图分类号： S158.2 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2019）20-0305-06 土壤是陆地生态系统的重要组成部分，其质量状况与区域生态安全与农业可持续发展密切相关[1]。目前，土壤质量相关研究已经取得了丰硕成果，但仍没有一个普适的、统一的评价标准[2]。不同的评价目的和对土壤不同功能的侧重决定了评价指标的差异，参评指标主要涉及对土壤功能具有敏感性适应改变的物理、化学和生物性质3个方面的指标，用于综合反映内在的土壤作用特征和可见的植物特征[3-5]。不同的评价方法也会对土壤质量评价结果产生显著影响，土壤质量综合评分法近年来使用较为普遍[2]。由于存在土壤质量评价因子的种类、数量多，数据获取成本高且因子共线性等问题，参评因子的选择成为解决土壤质量评价标准化程序的关键问题[6-7]。最小数据集（MDS）是可以反映土壤质量的最少指标参数的集合，由于高效、经济而在土壤质量评价及监测中得到了广泛的应用[8-9]。但由于土壤属性的时空变异性及其影响因素的复杂性，可靠的、能够反映区域土壤特征的MDS评价因子的选择仍待深入探讨[6]。 长春市是东北黑土集中分布的区域，是我国重要的粮食生产基地，其辖区内榆树县、农安县、德惠县均为全国排名前十的产粮大县。由于开垦年代较久，开垦强度较大，该区面临着土壤侵蚀、有机质含量降低、土层变薄、土壤板结、土壤封闭、盐碱化等严重土壤退化问题。开展土壤质量评价，在此基础上发展适宜性管理是黑土可持续利用及保障区域粮食安全的前提和基础。研究耦合GIS空间分析和主成分分析法筛选最小数据集，对长春市耕地土壤质量展开评价，并分析了土壤环境因素对区域土壤质量分异的影响。评价结果可为合理规划区域农业生产及因地制宜进行施肥提供参考及理论依据。 1 材料与方法 1.1 研究区概况 长春市地处我国东北平原腹地（124°18′～127°05′E、243°05′～45°15′N），总面积206万hm2。该区属北温带大陆性季风气候，年平均气温4.8 ℃，年平均降水量为582 mm，具有四季分明、雨热同季、干湿适中的气候特征。长春市以台地、平原为主，兼有山地、丘陵，形成了“一山四岗五分川”的地貌格局。长春市自东向西分布着暗棕壤带、黑土带和黑钙土带，不同地带内由于地域性因素的影响土壤系列各不相同，形成了以暗棕壤、黑土、黑钙土、草甸土为主的众多的土壤类型。 1.2 数据来源 1.2.1 样品采集与处理 基于随机性原则和代表性原则，采用混合采样法在研究区耕地表层（20 cm）采集土壤样品 1 241个。采集的土壤样品经自然风干、磨碎、过2 mm筛以供测定，选取指标实验室测定方法如下：土壤阳离子交互量（CEC）采用醋酸铵法测定;pH值采用电位法测定;有机质含量采用重铬酸钾容量-外加热法测定;全氮含量采用半微量凯氏定氮法测定;碱解氮含量采用碱解扩散法测定;有效磷含量采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定;速效钾含量采用乙酸铵浸提-火焰光度法测定;缓效钾含量采用硝酸浸提-火焰光度法测定;有效锌、有效铜、有效铁含量采用盐酸浸 提-ICP-AES法测定[10]。 1.2.2 土地覆被数据 在美国地质调查局网站下载完全覆盖研究区范围的同时期遥感影像数据（Landsat/OLI），经几何校正、影像增强、裁剪和拼接等预处理过程获得研究区影像数据。依据HJ 192—2015《生态环境状况评价技术规范》将土地覆被类型划分为7种类型：耕地、林地、草地、湿地、水体、人工表面和裸地。在eCogni