基于最小数据集权重(MDS)的稀土土壤质量评价研究

为研究稀土矿区周边土壤质量状况以及稀土元素的迁移效果,以赣州市定南某稀土矿区周边土壤和植物为研究对象,分别研究了稀土元素在当地土壤稀土背景浓度下的迁移能力以及在稀土地球化学背景值下的综合迁移能力。结果表明:镝的迁移效果最好;单位质量植物的迁移效果研究中,稀土元素向栀子花的迁移效果最好。同时,利用主成分分析对测定的土壤指标进行筛选,构建最小数据集,从而计算得到全数据集土壤质量指数(SQI-T)、重要数据集土壤质量指数(SQI-I)和最小数据集土壤质量指数(SQI-M)。根据得到的SQI-T与SQI-M相关性分析,检验最小数据集权重(MDS)的合理性,最终结果显示MDS在土壤评价上有较良好的应用潜力。

北京山区不同植被恢复类型土壤质量综合评价

[目的]综合评价北京山区不同植被恢复类型土壤质量,并进一步确定影响土壤质量的关键因素,为该地区植被恢复与重建提供数据支撑。[方法]以立地条件相近的侧柏纯林、油松纯林、侧柏油松混交林、侧柏针阔混交林、油松针阔混交林、落叶阔叶混交林和无林地(对照)为研究对象,测定14个土壤理化指标作为土壤质量评价的总数据集(TDS),采用主成分分析法(PCA)和Pearson相关性分析建立土壤质量最小数据集(MDS),利用线性(L)和非线性(NL)2种评分方法计算土壤质量指数(SQI)和一般线性模型(GLM)确定影响土壤质量的关键因素。[结果]植被恢复后相较于无林地,土壤容重、砂粒含量下降,而有机质、全氮、全钾、速效氮、速效钾等土壤养分含量增加。筛选出的研究区土壤质量评价MDS指标为全氮、砂粒、全钾、pH、有效含水量。4种方法(SQI-LT、SQI-NLT、SQI-LM、SQI-NLM)下,不同植被恢复类型的SQI值排序均为落叶阔叶混交林>侧柏针阔混交林>油松纯林>油松针阔混交林>侧柏油松混交林>侧柏纯林>无林地,植被恢复后土壤质量显著提升。SQI-NLM的土壤质量评价方法在北京山区具有更好的适用性。相较于无林地,其他植被恢复类型的SQI-NLM分别提高64%,48%,45%,36%,33%,27%。GLM模型解释了土壤质量指数总变异的85.24%,植被类型对土壤质量指数的解释比例最大(45.09%)。[结论]选择适宜的植被恢复类型是改善区域土壤质量的关键。未来实施植被恢复时,树种选择上优先考虑阔叶树种。造林配置方式的选择应取决于树种而定,如侧柏纯林中引入本土阔叶树种形成侧柏针阔混交林或选择油松纯林是最佳造林模式。

韶关市典型香芋产区土壤养分状况及肥力评价

【目的】了解广东省韶关市典型香芋产区的土壤肥力情况,以期为香芋产区土壤养分资源管理提供参考依据。【方法】分别于韶关市的3个香芋种植区(桂头镇老均村,廊田镇官坡滩村、农庄村)采集0~30 cm香芋根际土壤样品,测定土壤理化性质,通过主成分分析和相关性分析,筛选出最能代表当地土壤肥力的指标进入最小数据集,通过隶属度函数对所有的指标进行归一化处理,计算土壤质量指数并评价土壤肥力。【结果】3个香芋产区土壤均呈酸性;容重为1.17 g·cm^(−3),质地适宜;阳离子交换量(Cation exchange capacity,CEC)为9.17 cmol·kg^(−1),处于较低水平;速效P(54.20 mg·kg^(−1))、有效Cu(2.07 mg·kg^(−1))、有效Fe(186.33 mg·kg^(−1))、有效Zn(1.87 mg·kg^(−1))丰富,有效Mn(4.21 mg·kg^(−1))、有效B(0.12 mg·kg^(−1))、有效Mo(0.10 mg·kg^(−1))缺乏或极缺乏,其他养分含量处于中等及以上水平。3个香芋产区土壤粒级占比、碱解N、交换性Ca及交换性Mg含量差异显著,其他指标差异均不显著。从20个指标中筛选出7个指标构成土壤质量评价的最小数据集,分别为碱解N、砂粒、黏粒、交换性Ca、有效B和有效Fe含量以及CEC。评价结果表明,3个香芋产区的土壤肥力均处于中等水平,其中,碱解N和交换性Ca含量为肥力水平的主要限制因子。【结论】韶关市典型香芋产区的土壤肥力水平整体处于中等水平,土壤保肥能力较差,有效Mn、B、Mo等微量元素缺乏。因此,在香芋种植时,要注重有机肥以及微量元素肥料的施用,平衡施肥,改善土壤理化性质,提高土壤保肥能力。

结合最小数据集和改进灰色-TOPSIS的全国耕地土壤质量评价及影响因素研究

探究耕地土壤质量的空间分布及影响因素,为指导农户行为及促进农业生态可持续发展提供理论依据,基于中国土壤数据集(HWSD V2.1),利用主成分分析构建耕地土壤质量评价的最小数据集,结合灰色-TOPSIS多目标评价模型,对全国(港澳台除外)耕地土壤质量进行评价,运用地理探测器探索外部因子(年平均降水、年平均温度、人口密度和GDP)对耕地土壤质量的影响程度。结果表明:(1)最小数据集能有效减少指标体系之间的相关性,改进灰色-TOPSIS方法一定程度上提高耕地土壤质量评估的准确性;(2)根据耕地土壤质量评价结果,将耕地质量分为5个等级,从全国范围来看,长江中下游区、华南区耕地土壤质量较好,而黄土高原区、青藏高原区、内蒙古高原区耕地土壤质量则较差;(3)从地理探测器结果来看,年平均温度与年平均降水量共同对耕地土壤质量的解释程度大的省份共有20个,远远大于其他两两因子共同对耕地土壤的解释程度,2个因素交互作用效果大于单因子对耕地土壤质量的影响。综上,年平均降水量和年平均温度是影响耕地土壤综合质量的主要因素。

重庆市植烟土壤质量评价指标体系的构建与应用

为准确评价重庆市烟区土壤质量,以重庆2 513个代表性植烟单元(每个单元面积约6.7 hm^(2))的典型烟田土壤理化指标数据为基础,采用聚类分析法和主成分分析法建立了土壤质量评价最小数据集,构建了植烟土壤质量评价指标体系。结果表明:(1)基于主成分分析法建立的土壤质量评价体系更适合重庆烟区土壤质量评价,评价指标从原来的16个减为7个,具体为:p H、有机质、有效磷、有效铁、有效锌、有效硫和水稳性大团聚体。(2)烟区土壤酸化较为严重,有35.1%的烟田土壤偏酸;土壤氮素较为适宜,而有效磷和速效钾偏高的烟田占比分别为62.9%和75.8%,其他元素缺乏和过量并存,水稳性大团聚体偏低的烟田占比47.2%。(3)对基于最小数据集构建模型进行的合理性验证发现,基于主成分分析法确定的最小数据集(MDS-PCA)模型的R2比基于聚类分析法确定的最小数据模型的R~2高,前者的MAE、RMSE相比后者更小,说明MDS-PCA能够替代全量数据集对烟田土壤质量进行评价;基于MDS-PCA得到的土壤质量指数平均值为0.61,表明烟区土壤质量总体处于中等偏低水平,45.04%的烟田土壤质量急需提升。(4)土壤质量评价指标隶属度值雷达图表明,pH、有效磷、有效铁、有效硫和水稳性大团聚体的隶属度比较小,为烟区土壤质量限制性因子。

喀斯特槽谷区侵蚀坡面的土壤质量评价及障碍因子

[目的]为准确评价喀斯特槽谷区顺/逆层坡侵蚀坡面的土壤质量特征,筛选出适用于该地区的土壤质量评价方法,探析限制其土壤质量的障碍因子。[方法]以重庆市青木关喀斯特槽谷区顺/逆层坡面的5种典型土地利用类型(林地、草地、裸地、玉米地、辣椒地)为研究对象,利用主成分分析法结合Norm值建立评价指标最小数据集(minimum data set,MDS),并通过非线性土壤质量评价方法和隶属度函数对喀斯特槽谷区顺/逆层坡面的土壤质量进行评价。[结果](1)喀斯特槽谷区土壤质量评价指标最小数据集(MDS)包括毛管持水量、毛管孔隙度和全磷;(2)通过非线性土壤质量评价方法得出,逆层坡土壤质量(0.519)优于顺层坡(0.451),其中逆层坡林地土壤质量最优(0.653),辣椒地土壤质量最差(0.426);(3)非线性评价方法在顺/逆层坡的决定系数(R 2)均高于隶属度函数,因此喀斯特槽谷区更适合采用非线性评分模型;(4)顺/逆层坡侵蚀坡面的土壤质量障碍因子差异显著,仅有全氮为共同的障碍因子。[结论]适当增加草地和乔木林的覆盖能提高喀斯特槽谷区土壤质量,研究结果可因地制宜地为喀斯特槽谷区顺/逆层坡侵蚀坡面的土壤质量调控和生态恢复提供依据。

基于大数据与关联规则的考评进度动态跟踪系统设计

为了提高考评进度动态跟踪效果,设计一个基于大数据与关联规则的考评进度动态跟踪系统。在系统硬件部分设计了微控制器、通信模块、存储器模块与信号采集模块;在系统软件部分,采用大数据挖掘技术挖掘员工相关数据,采用关联规则挖掘数据的频繁项集,构建FP树,计算数据的最小支持度和最小置信度,对数据分类,获得员工绩效的关联信息,并整合信息,完成考评进度动态跟踪系统的设计。实验结果表明,该方法能够准确地对员工绩效打分,并在多并发用户访问与多条数量处理上,有效提高了考评进度动态跟踪效果。

基于MDLP-Apriori算法的离散Shannon熵值标签排序

针对传统Apriori算法在标签等级排序中辨识度不高的问题,提出一种基于最小化描述准则(MDLP)Apriori算法的离散Shannon熵值算法。通过在Shannon熵值公式中增加额外参数,并结合自适应MDLP算法,增加Apriori算法对等级排序中分割点的识别能力,从而更加细致地观察标签细微差异;然后,利用改进算法分别在合成数据集和KEBI测试数据集上的仿真实验显示,MDLP-Apriori算法在Kendall系数精度与偏差、分区数量等指标上均要优于对比算法。最后,通过实验给出最小支持度选取标准。

基于最小数据集与LESA体系的县域耕地质量评价

建立科学合理的县域耕地质量评价体系对快速准确摸清耕地质量家底和建立耕地保护分区具有重要指导意义。该研究基于主成分分析法建立最小数据集精选指标,构建土地评价与立地条件分析(land evaluation and site assessment,LESA)体系,开展耕地质量综合评价,分析耕地质量区域分布特征及差异性特征并划定耕地保护分区。结果表明:(1)自然质量指标最小数据集由砂粒、有机质、全钾、有效磷、pH值、综合污染指数、耕层质地、容重、阳离子交换量组成,立地环境指标最小数据集包括排水条件、连片度、生态兼容性、河流距离、路网密度、灌溉能力、农田林网化率、耕地利用类型。(2)采用LESA评价模型计算耕地自然质量指数及立地环境指数,确定LESA体系为FLESA=0.5FLE+0.5FSA(FSA、FLE、FLESA分别为耕地立地环境条件、自然质量条件和综合分值),采样点综合评分为51.517~81.838。综合比选各插值误差检验结果后采用普通克里金法进行耕地质量结果空间插值,评价单元耕地质量综合评分为52.148~79.624。(3)铁岭县耕地资源可划分为5个等级区:1级区划分为永久基本农田核心保护区,占比20.52%;2级区划分为耕地自然地力条件重点治理区,占比36.79%;3级区和4级区耕地土壤和立地条件均存在多样性的限制因素,可划分为耕地综合整治区,占比36.33%;5级区划分为耕地生态自然保育区,占比6.36%。(4)经计算基于最小数据集与LESA相结合的评价结果有效系数为0.615,相对偏差系数为0.009,说明该体系耕地质量评价结果准确,可信度较高。该研究成果简化了县域耕地质量评价指标体系,量化了自然质量与立地条件协同关系,为开展耕地质量提升和保护利用提供了理论和方法依据。

宁夏银川平原沙化土地不同人工林土壤质量评价

沙化土地土壤贫瘠、生产力低,人工植被恢复是重要的土壤改良措施。为研究宁夏银川平原沙地不同人工林栽植对土壤的影响,以银川腹部沙地银川植物园沙化土壤恢复区的2017年3月种植的文冠果(Xanthoceras sorbifolium)和欧李(Cerasus humilis)人工林地为研究对象,以邻近的长期撂荒地为对照,对土壤质量进行了研究。2020年7—8月采集土样并测定了土壤物理、化学、生物学等20个指标作为土壤质量评价的总数据集,方差分析筛选出差异显著性的9个指标作为重要数据集指标,采用主成分分析法和Norm值建立土壤质量评价指标最小数据集(MDS),利用线性和非线性两种评分方法计算土壤质量指数(SQI)。结果表明:与长期撂荒地相比,银川平原沙化土壤恢复区人工文冠果、欧李林地的土壤理化性质较好,土壤砂粒百分比减少、粉粒和黏粒百分比有所增加,pH降低;有机质、全氮、全磷、全钾等主要养分指标提高,蔗糖酶、脲酶、纤维素酶等主要生物酶活性也高于撂荒地,筛选出的研究区土壤质量评价MDS指标为土壤粉粒百分比和全磷。2种评价方法下,文冠果和欧李人工恢复林地的SQI高于撂荒地,但提高不显著(P>0.05),人工种植4 a的欧李林地SQI高于人工种植4 a的文冠果林地,但差异不显著(P>0.05)。说明与撂荒地相比,文冠果和欧李可以作为该地区土壤改良的生态恢复灌木进行栽培利用。基于不同数据集指标计算的SQI之间相关性显著(P<0.05)或极显著(P<0.01),最小数据集非线性(SQI-NLM)与重要数据集非线性(SQI-NLS)评价的土壤质量指数之间的相关系数最大,基于MDS的非线性土壤质量评价方法在研究区具有较好的适用性,能够比较准确地代表土壤质量状态。该土壤质量评价方法对银川平原沙化土地利用质量评价,以及深入开展文冠果、欧李等人工林栽培管理及该地区人工植被恢复具有一定的借鉴意义。

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0.196)、pH(平均障碍度0.142)和有机质(平均障碍度0.110)。【结论】建立的土壤质量评价最小数据集具有一定的代表性和准确性,可以对土壤质量和障碍因子进行评价和诊断。

基于最小数据集的典型绿洲农田土壤质量评价

【目的】基于最小数据集对新疆莫索湾灌区农田土壤质量进行评价。【方法】利用GPS定位和随机均匀抽样的方式采集新疆莫索湾灌区内共50个土壤样品,测定土壤有机质、速效磷、速效钾、碱解氮、pH值、EC、K^(+)、Ca^(2+)、Na^(+)、Mg^(2+)、Cl^(-)、NO_(3)^(-)、SO_(4)^(2-)共13项指标,采用主成分分析和聚类分析分别构建最小数据集,基于土壤综合指数法对新疆莫索湾灌区农田土壤质量进行评价,并比较主成分分析和聚类分析得出的结果与灌区土壤实际条件的符合程度。【结果】莫索湾灌区农田土壤有机质量较少,碱解氮量较低,速效磷量和速效钾量较为丰富但分布不均;盐分空间分布差异大,土壤盐碱化程度高。大部分土壤质量处于中等偏下水平,且土壤质量差异较大。主成分分析法得出的评价结果更符合莫索湾灌区土壤质量的实际条件。【结论】新疆莫索湾灌区土壤质量水平总体较差,采用不同分析方法对其进行评价,主成分分析法最合理,聚类分析法次之。

基于最小数据集沂蒙山区不同治理模式下的土壤质量评价

沂蒙山区是北方土石山区水土流失治理重点区域,定量评价不同治理模式下的土壤质量,进而优选适宜的生态恢复措施,是推进沂蒙山区生态环境建设的关键。以沂蒙山区4种治理模式(乔草混交、土坎梯田+果树种植、撂荒、封禁植草)为研究对象,基于主成分分析、相关性分析和Norm值计算,对土壤养分、孔隙、水分、容重4类9项土壤属性指标进行筛选,构建土壤质量评价最小数据集。结果表明:(1)治理模式对土壤理化性质具有明显影响,硝态氮属于极敏感指标,全氮为高度敏感指标,而有机质、全磷、无机磷、田间持水量与饱和含水量属中度敏感指标,土壤容重为低度敏感指标;(2)影响沂蒙山区土壤质量的最小数据集指标包括全氮、土壤孔隙度、容重,经总数据集验证所构建的最小数据集可体现沂蒙山区土壤质量有效信息、准确性较高;(3)沂蒙山区不同治理模式下土壤质量指数介于0.41~0.53,土壤质量属于中等水平,且0—5 cm和5—10 cm土层的土壤质量指数较10—20 cm分别增加136.20%和37.60%。土壤质量表现为乔草混交>土坎梯田+果树种植>撂荒>封禁植草。综上,在水土流失严重、土壤较为贫瘠的沂蒙山区,生态恢复措施应以乔草混交模式为主。

基于最小数据集的宁都县不同整地方式下果园土壤质量评价

为探究不同整地措施下梯田果园土壤质量的变化,以赣南宁都县小洋小流域脐橙果园开发示范区内的3种典型坡面(优化整地T y、传统整地T c、撂荒地CK)为研究对象,采用主成分分析法(principal component analysis,PCA)筛选最小数据集指标,对该地区土壤质量进行评价。结果表明:(1)由全量数据集(total data set,TDS)和最小数据数据集(minimum data set,MDS)计算的土壤质量指数存在显著正相关关系,R^(2)=0.604,表明MDS可以代替TDS对宁都县脐橙果园开发示范区进行土壤质量评价;(2)3种典型坡面的土壤质量指数(soil quality index,SQI)表现为优化整地(SQI=0.477)>撂荒地(SQI=0.436)>传统整地(SQI=0.220),其中T y与CK之间无显著差异,T y的SQI相较于T c提升1.16倍,表明优化整地措施下土壤质量有显著提升;(3)果园不同土层总体表现为表层(0—10 cm)土壤质量指数大于深层(10—20 cm)土壤,通过土壤质量指数分级发现,优化整地梯田和撂荒地土壤质量优于传统整地。研究结果可以为我国红壤丘陵区的坡地资源利用管理以及梯田修建后水土保持措施布设提供科学依据。

放牧对祁连山高寒典型草原土壤质量的影响

土壤质量是维持陆地生态系统稳定性与功能多样性的基础。放牧作为草地资源最广泛的利用方式之一,其对草地土壤质量的影响却缺乏量化标准,且两者之间的作用机理尚不明确。以祁连山高寒草原两个季节性牧场为研究对象,结合生态系统耦合与生态系统多功能性,探究了放牧对高寒草原土壤质量的影响与潜在机制。试验结果表明:基于最小数据集,不同放牧率下土壤质量指数差异显著(P<0.05),冬季牧场和春秋季牧场放牧率分别在2.45头月^(-1)hm^(-2)和0.80头月^(-1)hm^(-2)时土壤质量指数最高。土壤速效磷、有机碳、氮磷比和土壤pH是决定冬季牧场土壤质量的关键因子,而春秋季牧场中则是土壤有机碳、碳氮比和土壤pH;两个季节性牧场土壤质量指数与物种丰富度指数(P<0.05)和香浓维纳多样性指数(P<0.0001)呈显著正相关。高寒草原季节性牧场放牧地植物群落物种多样性与土壤因子耦合度在0.67—0.81之间,平均耦合度为0.74,属于中度协调;随着放牧率的增加,生态系统多功能性指数逐渐减低且与土壤质量指数变化趋势相似,间接证明了本研究最小数据集构建的合理性。本试验通过探究放牧对高寒草原不同季节性牧场土壤质量与生态系统功能的影响,结合草地植物群落物种多样性与土壤因子之间的耦合关系,深入挖掘了土壤质量变化规律与其潜在机制,为更好地保护与利用高寒草原草地资源提供了理论依据。

基于最小数据集的黄土高原半干旱区苜蓿地土壤质量评价

通过评价不同种植年限苜蓿地土壤质量变化,可为紫花苜蓿人工草地的可持续利用和适宜种植年限的确定提供理论依据。本文以黄土高原半干旱区不同种植年限的苜蓿地为研究对象,农田为对照,测定了耕层土壤物理、化学和生物学性质的21个指标,作为全数据集(Total data set,TDS)进行描述性特征分析,并通过主成分分析、相关性分析和Norm值计算构建了土壤质量评价最小数据集(Minimum data set,MDS),运用加权综合指数法开展土壤质量评价。结果表明,长期种植苜蓿会提高土壤有机碳、全氮和可溶性碳含量,但降低了土壤水分和速效磷含量。构建的MDS包括土壤容重、全氮、速效磷、脲酶、真菌Shannon指数和真菌Chao指数;全数据集土壤质量指数(TDS-Soil quality index,TDS-SQI)与最小数据集土壤质量指数(MDS-Soil quality index,MDS-SQI)均表现为L2012>L2003>农田>L2019,且两种评价体系结果呈显著正相关(R^(2)=0.599,P<0.05),表明采用最小数据集评价苜蓿地土壤质量是可行的。土壤速效磷和全氮是影响黄土高原半干旱区苜蓿地土壤质量的主要障碍因子,可通过适当施用氮、磷肥及轮作促进区域紫花苜蓿人工草地的可持续利用。

基于最小数据集的周至地区土壤重金属地球化学特征及成因分析

周至县是陕西省乃至全国的猕猴桃主产区之一,为了查明周至地区土壤重金属地球化学特征及其成因,采集了周至地区8个典型农用田中226件土壤样品,分析测试了Cu、Pb、Zn、Cd、Ni、Cr、As、Hg、Sn、Co、Mn、V和Fe含量,通过地球化学数据分析、主成分分析、Norm值计算,构建由Cu、Pb、Zn、Cd、Ni、Cr和As组成的最小数据集对周至地区土壤重金属生态风险进行评价,并分析了其成因。结果显示,最小数据集7种重金属的单因子污染指数和综合污染指数值均小于1,潜在生态风险指数为30.90,说明研究区土壤重金属于安全级别。通过相关性分析及主成分分析认为,第1主成分包括Cu、Ni、Cr、Co、Mn和V,其含量与地质背景密切相关;第2主成分包括Pb、Zn和Cd,主要受人为活动影响;第3主成分是As、Sn和Hg,可能受土壤组成的影响或者人为活动的影响。

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。

沂蒙山区不同土地利用方式下土壤理化性质及土壤质量的差异性

基于沂蒙山区祊河流域不同土地利用方式下土壤理化性质分析,采用主成分分析法(principal component analysis,PCA)建立最小数据集(minimum data set,MDS),利用土壤质量指数(soil quality index,SQI)研究了该区不同土地利用方式下的土壤质量状况。结果表明:(1)不同土地利用方式下土壤物理性质变化明显。林地的土壤容重最小,砂粒含量最少,黏粒含量最多,土壤含水量较高,而园地正好相反;耕地土壤容重较大,砂粒和黏粒含量都较少,土壤含水量最高,而草地正好相反。(2)不同土地利用方式下土壤化学性质差异显著。土壤pH值由大到小依次为草地、林地、耕地、园地;林地和草地的土壤有机质、全氮、碱解氮和全钾含量均较高,而速效磷含量均较低;林地的土壤全磷含量最低而速效钾含量最高,草地正好相反;耕地和园地的土壤有机质、全氮、碱解氮和全钾含量均较低,而全磷、速效磷含量较高,耕地的速效钾含量较高而园地的最低;研究区域耕地和园地的土壤有机质、全氮和速效钾含量处于相对缺乏状态。(3)不同土地利用方式的土壤质量指数为SQI_(林地)(0.64)>SQI_(草地)(0.51)>SQI_(耕地)(0.35)>SQI_(园地)(0.23),土壤全氮含量是限制研究区域耕地、园地土壤质量的关键因素。(4)由土壤容重、砂粒含量、全氮含量构成的最小数据集(MDS)能够替代全量数据集(total data set,TDS)评价研究区域土壤质量。

基于最小数据集的黄淮海旱作区耕层土壤质量评价及障碍分析

为探究黄淮海旱作区耕层土壤质量特征,基于土壤物理、化学及剖面特征,建立黄淮海旱作区耕层土壤质量评价指标体系,运用主成分分析法构建耕层质量评价指标的最小数据集(minimum data set,MDS),结合障碍因子诊断模型揭示黄淮海旱作区耕层土壤质量特征及其障碍因素。结果表明:1)研究区耕层土壤质量评价最小数据集由土壤有机质、土壤阳离子交换量、土壤pH、耕作层厚度、耕作层穿透阻力和耕作层压实度构成,基于最小数据集和全指标数据集的耕层土壤质量指数间显著正相关(R2=0.61,P<0.05),Nash有效系数和相对偏差系数分别为0.601和0.181,表明最小数据集的指标能够代替全部数据集指标对黄淮海旱作区耕层质量进行评价;2)研究区耕层土壤质量总体处于中等水平,质量指数为0.25~0.61;适宜耕层各项指标如下:耕作层厚度不小于17.20 cm,耕作层穿透阻力不大于896.10 kPa,耕作层土壤压实度不大于78.01%,pH值为8.01~9.37,有机质不小于17.87 g/kg,阳离子交换量不小于21.13 cmol/kg;3)黄淮海旱作区存在明显的障碍类型,耕层障碍可分为薄化紧实与养分贫瘠障碍耕层、养分贫瘠耕层、土壤紧实型耕层3类。其中有机质含量低、阳离子交换量低、耕作层压实度过高是黄淮海旱作区耕层质量主要障碍。研究为黄淮海旱作区耕层土壤质量提升和改善提供理论支撑。