基于水稻產(chǎn)量的江蘇省稻麥輪作區(qū)土壤質(zhì)量評價(jià)①

趙 賀，王緒奎，劉紹貴，高 飛，李 鵬，李其勝，李輝信，焦加國*

基于水稻產(chǎn)量的江蘇省稻麥輪作區(qū)土壤質(zhì)量評價(jià)①

趙 賀1，王緒奎2*，劉紹貴3，高 飛1，李 鵬1，李其勝1，李輝信1，焦加國1*

(1南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，南京 210095；2江蘇省耕地質(zhì)量與農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)站，南京 210036；3揚(yáng)州市農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測站，江蘇揚(yáng)州 225101)

為明確江蘇稻麥輪作區(qū)土壤質(zhì)量狀況，本研究基于2008—2015年期間江蘇省稻麥輪作區(qū)10 681個(gè)測土配方施肥樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)，通過相關(guān)性和主成分分析篩選了江蘇省稻麥輪作區(qū)的最小數(shù)據(jù)集(minimum data set, MDS)，并對土壤質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)。結(jié)果表明：基于水稻產(chǎn)量分析，江蘇省稻麥輪作區(qū)的最小數(shù)據(jù)集包括有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、有效鐵和有效硼?；谧钚?shù)據(jù)集得出的江蘇省土壤質(zhì)量指數(shù)(SQI-MDS)范圍在0.136 ~ 1.000之間(均值0.674)，整體處于“良Ⅱ”等級，與基于全量數(shù)據(jù)集得出的土壤質(zhì)量指數(shù)(SQI-TDS)之間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(2= 0.720)，這說明最小數(shù)據(jù)集能夠較好地代替全量數(shù)據(jù)集指標(biāo)。江蘇省稻麥輪作區(qū)土壤質(zhì)量存在空間異質(zhì)性，里下河農(nóng)業(yè)區(qū)土壤質(zhì)量最高，其次是太湖農(nóng)業(yè)區(qū)，再者是寧鎮(zhèn)揚(yáng)、沿江、沿海和徐淮農(nóng)業(yè)區(qū)。江蘇省農(nóng)業(yè)區(qū)的最小數(shù)據(jù)集存在差異性，這說明不同農(nóng)業(yè)區(qū)主要的限制因素存在差異。整體來看，有機(jī)質(zhì)、鉀元素和微量元素是江蘇省六大農(nóng)業(yè)區(qū)主要肥力限制因子。

江蘇??；水稻；最小數(shù)據(jù)集；土壤質(zhì)量評價(jià)；空間異質(zhì)性

土壤質(zhì)量是土壤多種功能的綜合體現(xiàn)，其綜合涵蓋了土壤肥力質(zhì)量、土壤環(huán)境質(zhì)量和土壤健康質(zhì)量[1]。土壤質(zhì)量不能被直接測定，但可通過間接測定指示土壤功能的指標(biāo)來描述土壤質(zhì)量狀態(tài)[2]。目前沒有一個(gè)統(tǒng)一的方法來選取土壤質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)，因此，如何選取土壤指標(biāo)是土壤質(zhì)量評價(jià)的關(guān)鍵。Larson和Pierce[3]于1991年提出了最小數(shù)據(jù)集，即通過一定的數(shù)學(xué)方法從中篩選出具有代表性的指標(biāo)，建立最小數(shù)據(jù)集，構(gòu)建土壤質(zhì)量指數(shù)進(jìn)行土壤質(zhì)量評價(jià)。最小數(shù)據(jù)集作為篩選具有代表性的評價(jià)指標(biāo)的方法，在土壤質(zhì)量評價(jià)中廣泛使用[4-5]。利用最小數(shù)據(jù)集方法對我國土壤質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)的相關(guān)研究很多[6-8]，多數(shù)使用物理指標(biāo)、化學(xué)指標(biāo)和生物指標(biāo)。

江蘇省具有典型的地理位置、水系特點(diǎn)、氣候類型、地貌區(qū)域[9]，轄內(nèi)有徐淮、里下河、沿海、沿江、寧鎮(zhèn)揚(yáng)和太湖六大農(nóng)業(yè)區(qū)[10]。江蘇省稻麥輪作面積和水稻總產(chǎn)居全國前列，單產(chǎn)全國水平最高，在全省和全國水稻生產(chǎn)中具有極其重要的地位[11]。江蘇省耕地存在土壤養(yǎng)分非均衡化和耕層物理性狀變差等問題[12]，明確江蘇省稻麥輪作區(qū)土壤質(zhì)量狀況對全省水稻的生產(chǎn)有著重要的意義。關(guān)于江蘇省土壤質(zhì)量評價(jià)研究多是在某個(gè)地區(qū)或者某個(gè)市(縣)范圍[13-16]，而關(guān)于江蘇省稻麥輪作區(qū)土壤質(zhì)量評價(jià)研究較少[17]，因此，本研究以江蘇省稻麥輪作區(qū)為研究對象，從8年連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)和全省空間尺度上進(jìn)行土壤質(zhì)量分析與評價(jià)。評價(jià)結(jié)果可為江蘇省乃至我國不同稻麥輪作區(qū)的農(nóng)田管理和精準(zhǔn)施肥提供因地制宜的科學(xué)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

江蘇省位于中國東部沿海地區(qū)，經(jīng)緯度范圍為116°18′ ~ 121°57′E和30°45′ ~ 35°20′N，總面積為10.72萬km2。全省為亞熱帶向暖溫帶過渡地帶，氣候、植被兼具南方和北方的特征，轄內(nèi)有徐淮、里下河、沿海、沿江、寧鎮(zhèn)揚(yáng)和太湖六大農(nóng)業(yè)區(qū)[10]。該研究區(qū)種植制度以稻麥輪作為主，土壤類型以水稻土和潮土為主，成土母質(zhì)以河流沖積物、河湖沉積物和江海相沉積物為主。

1.2 數(shù)據(jù)來源

土壤理化數(shù)據(jù)為江蘇省稻麥輪作區(qū)的測土配方施肥調(diào)查數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由江蘇省耕地質(zhì)量保護(hù)站提供。于2008—2015年期間每年的水稻收獲季在全省范圍內(nèi)采集樣品(樣點(diǎn)不重復(fù))，采樣深度0 ~ 20 cm，并同時(shí)記錄樣點(diǎn)的水稻產(chǎn)量，共采集10 681個(gè)樣點(diǎn)(表1)。土壤樣品測定指標(biāo)包括容重、pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀、緩效鉀、有效銅、有效鋅、有效鐵、有效錳、有效硼、有效鉬和有效硅。土壤分析測定方法均參照魯如坤[18]《土壤農(nóng)化分析》。

表1 江蘇省稻麥輪作區(qū)土壤樣品信息

1.3 土壤質(zhì)量評價(jià)

1.3.1 最小數(shù)據(jù)集指標(biāo)篩選 首先，將各土壤指標(biāo)與作物產(chǎn)量進(jìn)行皮爾遜相關(guān)性分析，選取與作物產(chǎn)量有顯著相關(guān)性的指標(biāo)，再對所選取的土壤指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，選擇特征值>1的主成分作為研究對象[19]，各主成分特征值越大越能代表土壤指標(biāo)體系特性。在此分析過程中，采用最大方差旋轉(zhuǎn)法加強(qiáng)不相關(guān)組分的解釋能力[20]。對于每組主成分而言，因子載荷變量越大對該主成分貢獻(xiàn)越大，高因子載荷指標(biāo)即因子載荷絕對值達(dá)到該主成分中最大因子載荷90% 范圍內(nèi)的指標(biāo)[6]。當(dāng)一個(gè)主成分中高因載荷變量只有一個(gè)時(shí)，則該指標(biāo)進(jìn)入最小數(shù)據(jù)集，不止一個(gè)時(shí)，對其分別做相關(guān)性分析，若相關(guān)系數(shù)低(<0.7)時(shí)，各指標(biāo)均被選入最小數(shù)據(jù)集，若相關(guān)系數(shù)高(>0.7)，最大的高因子載荷指標(biāo)(2個(gè)指標(biāo)時(shí))或相關(guān)系數(shù)之和最大的高因子載荷指標(biāo)(2個(gè)以上指標(biāo)時(shí))被選入最小數(shù)據(jù)集[21-22]。

1.3.2 指標(biāo)權(quán)重值 用主成分方法確定土壤質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，各指標(biāo)權(quán)重值等于該指標(biāo)的公因子方差與所有最小數(shù)據(jù)集指標(biāo)公因子方差和的比值[22]。

1.3.3 指標(biāo)評分 不同指標(biāo)具有不同的單位，通過隸屬度函數(shù)可將土壤質(zhì)量指標(biāo)測定值標(biāo)準(zhǔn)化為0 ~ 1之間的無量綱值，主要標(biāo)準(zhǔn)化隸屬度評分函數(shù)分為3類[23]：正S型、反S型、拋物線型。

正S型：

反S型：

拋物線型：

式中：() 表示指標(biāo)得分，表示指標(biāo)實(shí)測值，和分別表示下限和上限臨界值。

1.3.4 土壤質(zhì)量指數(shù) 土壤質(zhì)量指數(shù)(SQI)采用以下公式計(jì)算[24]：

式中：表示指標(biāo)個(gè)數(shù)，W表示指標(biāo)權(quán)重值，S表示指標(biāo)得分。

1.3.5 土壤質(zhì)量評價(jià)精度驗(yàn)證 利用Nash有效系數(shù)(E)和相對偏差系數(shù)(E)評價(jià)最小數(shù)據(jù)集的精確程度[25]。計(jì)算公式為：

其三，許多的“文學(xué)流派”以地域命名，有鮮明的地域色彩，如宋代的“江西詩派”、“四靈詩派(永嘉四靈)”，明代詩文的“公安派”、“竟陵派”、“茶陵派”、戲曲的“吳江派”、“臨川派”，清代的“桐城派”、“浙西詞派”、“常州詞派”等。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 2016整理匯總，利用SPSS 22.0軟件進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)、相關(guān)性分析和主成分分析，ArcMap10.3作圖。

2 結(jié)果

2.1 江蘇省稻麥輪作區(qū)土壤理化性狀

江蘇省稻麥輪作區(qū)土壤理化指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示(表2)：根據(jù)全國土壤養(yǎng)分含量分級標(biāo)準(zhǔn)[26]，江蘇省稻麥輪作區(qū)土壤容重(1.26 g/cm3)處于“偏緊”等級；pH(7.23)處于“中性”級別；有機(jī)質(zhì)(22.85 g/kg)、全氮(1.41 g/kg)、有效磷(18.12 mg/kg)、速效鉀(121.16 mg/kg)均值處于“中等”級別；土壤緩效鉀(600.3 mg/kg)、有效銅(3.49 mg/kg)、有效鐵(72.4 mg/kg)和有效錳(33.7 mg/kg)達(dá)到“極豐富”級別；有效鋅(1.37 mg/kg)和有效硅(185.9 mg/kg)達(dá)到“豐富”級別；有效硼(0.49 mg/kg)和有效鉬(0.12 mg/kg)處于“缺乏”級別。根據(jù)變異系數(shù)的劃分等級標(biāo)準(zhǔn)[5]：容重為不敏感指標(biāo)(CV<10%)；pH、有機(jī)質(zhì)、全氮為低度敏感指標(biāo)(CV為10% ~ 40%)；有效磷、速效鉀、緩效鉀、有效銅、有效鋅、有效鐵、有效硼、有效鉬和有效硅為中度敏感指標(biāo)(CV為40% ~ 100%)；有效錳為高度敏感指標(biāo)(CV>100%)。

2.2 土壤質(zhì)量指數(shù)

2.2.1 土壤質(zhì)量指標(biāo)篩選 首先對10 681個(gè)監(jiān)測樣點(diǎn)數(shù)據(jù)的水稻產(chǎn)量與土壤指標(biāo)進(jìn)行皮爾遜相關(guān)性分析，結(jié)果表明(表3)：水稻產(chǎn)量與土壤pH、容重、有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀、緩效鉀、有效銅、有效鋅、有效鐵、有效錳和有效硼指標(biāo)存在顯著性相關(guān)關(guān)系，這些指標(biāo)作為土壤質(zhì)量評價(jià)候選指標(biāo)進(jìn)行下一步的主成分分析。

表2 江蘇省稻麥輪作區(qū)土壤理化性狀

表3 水稻產(chǎn)量與土壤屬性相關(guān)性分析

注：*表示相關(guān)性達(dá)<0.05顯著水平，**表示相關(guān)性達(dá)<0.01顯著水平，下同。

2.2.2 土壤質(zhì)量最小數(shù)據(jù)集建立 對相關(guān)性分析中保留的指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，然后根據(jù)每個(gè)主成分中評價(jià)參數(shù)的載荷值和參數(shù)的相關(guān)性進(jìn)行分析確定組成最小數(shù)據(jù)集的評價(jià)指標(biāo)。采用最大方差旋轉(zhuǎn)法后的主成分分析(表4)和高因子載荷指標(biāo)相關(guān)性(表5)結(jié)果顯示：特征值>1的主成分有4組，總方差的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)59.349%。PC1主要由有效鐵1個(gè)因子構(gòu)成，因此PC1中有效鐵進(jìn)入最小數(shù)據(jù)集；PC2主要由有機(jī)質(zhì)和全氮2個(gè)因子構(gòu)成，有機(jī)質(zhì)與全氮的相關(guān)系數(shù)>0.7(0.709**)，且有機(jī)質(zhì)具有PC2中最高因子載荷，因此PC2中有機(jī)質(zhì)進(jìn)入最小數(shù)據(jù)集。PC3主要由速效鉀1個(gè)因子構(gòu)成，因此PC3中速效鉀進(jìn)入最小數(shù)據(jù)集；PC4主要由有效磷和有效硼2個(gè)因子構(gòu)成，且有效磷與有效硼的相關(guān)系數(shù)<0.7(0.082**)，因此PC4中有效磷與有效硼進(jìn)入最小數(shù)據(jù)集。綜上可知，最終確定江蘇省稻麥輪作區(qū)土壤質(zhì)量評價(jià)最小數(shù)據(jù)集為：有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、有效鐵和有效硼。同理篩選出江蘇省六大農(nóng)業(yè)區(qū)的最小數(shù)據(jù)集，結(jié)果表明(表6)：江蘇省六大農(nóng)業(yè)區(qū)的最小數(shù)據(jù)集存在差異性，這說明不同農(nóng)業(yè)區(qū)主要的限制因素存在差異。整體來看，有機(jī)質(zhì)、鉀元素和微量元素是江蘇省稻麥輪作區(qū)主要限制因素。

表4 土壤質(zhì)量指標(biāo)主成分分析

注：加粗的數(shù)字所對應(yīng)的指標(biāo)為高因子載荷指標(biāo)

表5 高因子載荷指標(biāo)相關(guān)性

2.2.3 土壤質(zhì)量指數(shù) 通過對與產(chǎn)量有顯著相關(guān)性的指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，獲得各個(gè)指標(biāo)的公因子方差，利用指標(biāo)公因子方差所占比例確定各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值(表7)。通過隸屬度函數(shù)將土壤質(zhì)量指標(biāo)測定值標(biāo)準(zhǔn)化為0 ~ 1之間的無量綱值，其下限和上限臨界值[13, 23, 27]見表8。然后采用公式(4)計(jì)算SQI-MDS和SQI-TDS。江蘇省稻麥輪作區(qū)SQI-MDS介于0.136 ~ 1.000，均值為0.674。SQI-TDS介于0.247 ~ 0.955，均值為0.635。

2.2.4 最小數(shù)據(jù)集合理性驗(yàn)證 驗(yàn)證最小數(shù)據(jù)集的合理性是土壤質(zhì)量評價(jià)的重要環(huán)節(jié)。首先將對SQI-MDS與SQI-TDS兩者進(jìn)行回歸分析，然后采用公式(5)和(6)分別計(jì)算Nash有效系數(shù)和偏差系數(shù)來驗(yàn)證最小數(shù)據(jù)集的合理性。結(jié)果表明：SQI-MDS與SQI-TDS呈極顯著正相關(guān)(2=0.720，圖1)，Nash有效系數(shù)和偏差系數(shù)分別為 0.401和0.061，偏差系數(shù)接近0。水稻產(chǎn)量與SQI-MDS(=0.243**)和SQI-TDS(= 0.232**)均具有顯著相關(guān)關(guān)系。綜上所述，最小數(shù)據(jù)集能夠較好代替全量數(shù)據(jù)集指標(biāo)。

2.3 基于最小數(shù)據(jù)集的江蘇省稻麥輪作區(qū)土壤質(zhì)量綜合評價(jià)

根據(jù)隸屬度評分函數(shù)曲線中轉(zhuǎn)折點(diǎn)的相應(yīng)取值，結(jié)合等距劃分法[7, 27-28]，將土壤質(zhì)量指數(shù)分為5個(gè)等級?；谧钚?shù)據(jù)集的江蘇省稻麥輪作區(qū)土壤質(zhì)量等級頻率分布結(jié)果顯示(表9)：江蘇省稻麥輪作區(qū)土壤質(zhì)量19.71% 處于“優(yōu)Ⅰ”等級；52.50% 處于“良Ⅱ”等級；24.28% 處于“中等Ⅲ”等級；3.40% 處于“差Ⅳ”等級，0.12% 處于“很差Ⅴ”等級。整體看來，基于最小數(shù)據(jù)集的江蘇省稻麥輪作區(qū)土壤質(zhì)量指數(shù)均值為0.674，整體處于“良Ⅱ”等級。圖2和表10結(jié)果顯示：江蘇省稻麥輪作區(qū)土壤質(zhì)量存在空間異質(zhì)性，里下河農(nóng)業(yè)區(qū)土壤質(zhì)量指數(shù)最高(均值0.768)，其次是太湖農(nóng)業(yè)區(qū)(均值0.726)，再者是沿海(均值0.654)、徐淮(均值0.649)、寧鎮(zhèn)揚(yáng)(均值0.648)和沿江(均值0.648)農(nóng)業(yè)區(qū)。

表6 江蘇省六大農(nóng)業(yè)區(qū)(稻麥輪作區(qū))最小數(shù)據(jù)集

表7 全量數(shù)據(jù)集和最小數(shù)據(jù)集的指標(biāo)權(quán)重值

表8 土壤質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)隸屬函數(shù)中下限和上限取值

圖1 最小數(shù)據(jù)集土壤質(zhì)量指數(shù)與全量數(shù)據(jù)集土壤質(zhì)量指數(shù)的相關(guān)性

3 討論

江蘇省稻麥輪作區(qū)土壤質(zhì)量評價(jià)的最小數(shù)據(jù)集指標(biāo)包括有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、有效鐵和有效硼。金慧芳等[5]研究總結(jié)出前人使用頻率前10的最小數(shù)據(jù)集評價(jià)指標(biāo)，本研究最小數(shù)據(jù)集5個(gè)評價(jià)指標(biāo)中有機(jī)質(zhì)和有效磷進(jìn)入最小數(shù)據(jù)集評價(jià)指標(biāo)使用頻率前10位。這前10個(gè)使用頻率高的最小數(shù)據(jù)集評價(jià)指標(biāo)沒有包括中微量元素指標(biāo)，而本研究分析了微量元素指標(biāo)。本研究中有效鐵指標(biāo)與鄧紹歡等[8]對南方地區(qū)冷浸田進(jìn)行土壤質(zhì)量評價(jià)中pH、全氮、有效錳、有效鐵、C/N和線蟲數(shù)量進(jìn)入最小數(shù)據(jù)集的結(jié)果一致。本研究中有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀和有效硼4個(gè)指標(biāo)與劉金山等[7]關(guān)于水旱輪作區(qū)的研究結(jié)果中有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀、有效硼、有效鉬和有效鋅進(jìn)入最小數(shù)據(jù)集的結(jié)果一致。本研究中有效鐵和有效硼2個(gè)指標(biāo)與趙艷[31]對宜興市耕地質(zhì)量進(jìn)行的綜合評價(jià)中pH、全氮、有效鐵、有效鉬和有效硼指標(biāo)進(jìn)入最小數(shù)據(jù)集的結(jié)果一致。本研究中有機(jī)質(zhì)和有效磷2個(gè)指標(biāo)與金慧芳等[5]對紅壤坡耕地耕層土壤質(zhì)量評價(jià)中耕層厚度、土壤容重、土壤貫入阻力、土壤有機(jī)質(zhì)、pH 和有效磷進(jìn)入最小數(shù)據(jù)集的結(jié)果一致。

圖2 基于最小數(shù)據(jù)集(A)和全量數(shù)據(jù)集(B)的江蘇省稻麥輪作區(qū)土壤質(zhì)量空間分布

表9 基于最小數(shù)據(jù)集的江蘇省六大農(nóng)區(qū)土壤質(zhì)量指數(shù)

江蘇省地形地貌類型多樣、氣候類型多樣、農(nóng)田管理也存在一定差異，所以不同自然尺度下各農(nóng)業(yè)區(qū)所篩選的最小數(shù)據(jù)集指標(biāo)會(huì)存在一定差異。本研究結(jié)果顯示，江蘇省六大農(nóng)業(yè)區(qū)的最小數(shù)據(jù)集存在差異性，整體來看，有機(jī)質(zhì)、鉀元素和微量元素是江蘇省稻麥輪作區(qū)主要限制因素，這與王緒奎等[12]提出的江蘇省耕地土壤養(yǎng)分主要表現(xiàn)在土壤速效鉀和中微量元素的虧空結(jié)果一致。

江蘇省稻麥輪作區(qū)土壤質(zhì)量存在空間異質(zhì)性，成土母質(zhì)以河湖沉積物為主的里下河農(nóng)業(yè)區(qū)、太湖農(nóng)業(yè)區(qū)土壤質(zhì)量最高，以黃土狀物為主的寧鎮(zhèn)揚(yáng)農(nóng)業(yè)區(qū)土壤質(zhì)量次之，以河流沖積物為主的沿江、徐淮農(nóng)業(yè)區(qū)以及以江海相沉積物為主的沿海農(nóng)業(yè)區(qū)土壤質(zhì)量最低。黃河泛濫沖積形成徐淮黃泛平原，其土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量較低[32-33]，本研究徐淮黃泛平原區(qū)土壤質(zhì)量較低結(jié)果與此一致。沈雨等[34]研究結(jié)果表明，里下河和太湖地區(qū)土壤有機(jī)碳含量比較高，本研究里下河和太湖農(nóng)業(yè)區(qū)土壤質(zhì)量較高結(jié)果與此相似。張慶利等[35]研究金壇市土壤質(zhì)量結(jié)果表明，金壇市中部地區(qū)土壤質(zhì)量指數(shù)相對較高，東部地區(qū)次之，西部地區(qū)土壤質(zhì)量指數(shù)最低，本研究金壇市的土壤質(zhì)量分布結(jié)果與此完全一致。趙艷[31]關(guān)于宜興市耕地土壤質(zhì)量空間特征研究以宜興市北部、西部地區(qū)耕地質(zhì)量較高，而中部和西南部地區(qū)耕地質(zhì)量較低，本研究宜興市的土壤質(zhì)量分布結(jié)果與此一致。閏豫疆[36]研究表明湖北鐘祥市丘陵地區(qū)的土壤養(yǎng)分含量比平原養(yǎng)分含量高，本研究寧鎮(zhèn)揚(yáng)低山丘陵的地區(qū)、沂沭低山丘陵地區(qū)和徐州市銅山區(qū)土壤質(zhì)量相近且土壤質(zhì)量高于周邊平原地區(qū)結(jié)果與此一致。

江蘇省稻麥輪作區(qū)SQI-MDS與SQI-TDS兩者相關(guān)系性較高(2= 0.720)，Nash有效系數(shù)(0.401)接近1，偏差系數(shù)(0.061)幾乎接近0，說明評價(jià)精確度較高，這與金慧芳等[5]和鄧紹歡等[8]研究結(jié)果一致。水稻產(chǎn)量與SQI-MDS具有顯著相關(guān)關(guān)系，這與Qi等[13]和Liu等[30]研究中作物產(chǎn)量與土壤質(zhì)量指數(shù)顯著相關(guān)的結(jié)果一致。

4 結(jié)論

江蘇省稻麥輪作區(qū)土壤質(zhì)量評價(jià)的最小數(shù)據(jù)集指標(biāo)包括有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、有效鐵和有效硼?；谧钚?shù)據(jù)集得出的江蘇省土壤質(zhì)量指數(shù)(SQI-MDS)范圍為0.136 ~ 1.000(均值0.674)，整體處于“良Ⅱ”等級，與基于全量數(shù)據(jù)集得出的土壤質(zhì)量指數(shù)(SQI-TDS)之間呈極顯著正相關(guān)(2= 0.720)，這說明最小數(shù)據(jù)集能夠較好地代替全量數(shù)據(jù)集指標(biāo)。江蘇省稻麥輪作區(qū)土壤質(zhì)量存在空間異質(zhì)性，以里下河農(nóng)業(yè)區(qū)土壤質(zhì)量最高，其次是太湖農(nóng)業(yè)區(qū)，再者是寧鎮(zhèn)揚(yáng)、沿江、沿海和徐淮農(nóng)業(yè)區(qū)。江蘇省六大農(nóng)業(yè)區(qū)的最小數(shù)據(jù)集存在差異性，這說明不同農(nóng)業(yè)區(qū)主要的限制因素存在差異。整體來看，有機(jī)質(zhì)、鉀元素和微量元素是江蘇省六大農(nóng)業(yè)區(qū)主要肥力限制因子。因此，江蘇省稻麥輪作區(qū)的農(nóng)田管理措施中，要注重增施有機(jī)肥和微肥，平衡養(yǎng)分的同時(shí)進(jìn)一步提高土壤質(zhì)量，為糧食穩(wěn)產(chǎn)豐產(chǎn)提供保障。

在本研究中，所選取指標(biāo)僅為理化指標(biāo)，在后續(xù)評價(jià)中應(yīng)將土壤生物指標(biāo)、土壤耕層指標(biāo)、農(nóng)田管理措施指標(biāo)等納入評價(jià)范圍，這樣結(jié)果將更全面，旨在為江蘇省乃至我國不同稻麥輪作區(qū)的農(nóng)田管理和耕地質(zhì)量提升提供因地制宜的科學(xué)指導(dǎo)。

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Evaluation of Soil Quality in Rice-Wheat Rotation Regions of Jiangsu Province Based on Rice Yield

ZHAO He1,WANG Xukui2*, LIU Shaogui3, GAO Fei1,LI Peng1, LI Qisheng1,LI Huixin1,JIAO Jiaguo1*

(1 College of Resources and Environmental Sciences, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China; 2 Jiangsu Province Cultivated Land Quality Protection Station, Nanjing 210036, China; 3 Yangzhou Agricultural Environmental Monitoring Station, Yangzhou, Jiangsu 225101, China)

This study is to clarify soil quality status of rice-wheat rotation regions in Jiangsu Province based on the data of 10 681 soil-measuring formula fertilization samples from the rice-wheat rotation regions of Jiangsu Province during 2008—2015. The minimum data set (MDS) of rice-wheat rotation region in Jiangsu Province was screened by correlation and principal component analysis, and then soil quality was evaluated. The results showed that based on rice yield analysis, the minimum data set of rice-wheat rotation region in Jiangsu Province included organic matter, available phosphorus, available potassium, available iron and available boron. The variation range of soil quality index based on the minimum data set (SQI-MDS) was between 0.136 and 1.000 (mean 0.674), the average value was in the "good II" grade, and was a very significant positive correlation (2= 0.720) with soil quality index based on the full data set (SQI-TDS). It showed that the minimum data set could better replace the full data set. There was spatial heterogeneity in soil quality of rice-wheat rotation regions in Jiangsu Province, the highest soil quality was in the Lixiahe agricultural area, followed by the Taihu agricultural area, and the Ningzhenyang, Riverside, coastal and Xuhuai agricultural areas. There were differences in the minimum data sets of the six major agricultural regions in Jiangsu Province, which indicated that there were differences in the main limiting factors in different agricultural regions. On the whole, organic matter, potassium and trace elements are the main limiting factors for the six major agricultural regions in Jiangsu Province.

Jiangsu Province; Rice; Minimum data set; Soil quality evaluation; Spatial heterogeneity

S158

A

10.13758/j.cnki.tr.2020.06.018

趙賀, 王緒奎, 劉紹貴, 等. 基于水稻產(chǎn)量的江蘇省稻麥輪作區(qū)土壤質(zhì)量評價(jià). 土壤, 2020, 52(6): 1230–1238.

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFD0300908)和江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新基金項(xiàng)目(CX(17)1101)資助。

(534974828@qq.com；jiaguojiao@njau.edu.cn)

趙賀(1994—)，男，河南永城人，碩士研究生，主要從事土壤培肥與土壤質(zhì)量評價(jià)研究。E-mail: 2016103022@njau.edu.cn