基于最小數(shù)據(jù)集的祁連山南坡不同土地利用方式土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)

摘要：為了評(píng)估高寒地區(qū)不同土地利用方式下的土壤質(zhì)量狀況，明確不同土地利用方式下的土壤質(zhì)量的關(guān)鍵影響因子，在祁連山南坡采集了林地、灌叢、草地及耕地4種主要土地利用類(lèi)型的土壤樣品174份，通過(guò)主成分分析（Principal component analysis，PCA）建立最小數(shù)據(jù)集（Minimum data set，MDS），綜合評(píng)估研究區(qū)不同土地利用方式下的土壤質(zhì)量。結(jié)果表明：林地、灌叢、草地和耕地土壤質(zhì)量指數(shù)值分別為0.535，0.519，0.466和0.544，表現(xiàn)為耕地＞林地＞灌叢＞草地，對(duì)土壤質(zhì)量分級(jí)為Ⅰ～Ⅵ級(jí)，對(duì)應(yīng)指數(shù)分別為≤0.3，（0.3～0.4］，（0.4～0.5］，（0.5～0.6］，（0.6，0.7］和gt;0.7，草地等級(jí)為Ⅲ級(jí)，處于“中等”水平；耕地、林地和灌叢土壤質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)，處于“中等偏上”水平。土壤質(zhì)量關(guān)鍵指標(biāo)間存在互相影響，因此，建議研究區(qū)域土地要實(shí)施分類(lèi)科學(xué)管理。此外，合理開(kāi)發(fā)和應(yīng)用綠色高效的新型生物技術(shù)是應(yīng)對(duì)影響研究區(qū)土壤質(zhì)量的微生物指標(biāo)的有效措施。

關(guān)鍵詞：最小數(shù)據(jù)集；土壤質(zhì)量；祁連山南坡

中圖分類(lèi)號(hào)：S158""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A""""" 文章編號(hào)：1007-0435（2024）09-2952-10

收稿日期：2024-03-27;修回日期：2024-04-11

基金項(xiàng)目：青海省自然科學(xué)基金項(xiàng)目“祁連山南麓典型流域關(guān)鍵帶水文過(guò)程及碳收支變化特征研究”（2023-ZJ-907M）資助

作者簡(jiǎn)介：

邱巡巡（1997-），女，漢族，貴州遵義人，博士研究生，主要從事自然地理與地表環(huán)境過(guò)程研究，E-mail：1260469240@qq.com；*通信作者Author for correspondence，E-mail：caoguangchao@126.com

doi：10.11733/j.issn.1007-0435.2024.09.029

引用格式：

邱巡巡， 曹廣超， 趙青林，等.基于最小數(shù)據(jù)集的祁連山南坡不同土地利用方式土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)［J］.草地學(xué)報(bào)，2024，32（9）：2952-2961

QIU Xunxun， CAO Guangchao， ZHAO Qinglin，et al.Assessment of Soil Quality under Different Land Use Practices on the Southern Slope of Qilian Mountains Based on Minimum Data Set［J］.Acta Agrestia Sinica，2024，32（9）：2952-2961

Assessment of Soil Quality under Different Land Use Practices on the

Southern Slope of Qilian Mountains Based on Minimum Data Set

QIU Xun-xun1，2，3， CAO Guang-chao2，3*， ZHAO Qing-lin1，4， CAO Sheng-kui1，2，

ZHAO Mei-liang1，2，3，HE Qi-xin1，2，3， BAI Jia-qi1，2，3， XIAN Qing-ling1，2，3

（1.College of Geographical Sciences， Qinghai Normal University， Xining， Qinghai Province 810008， China; 2.Qinghai Provincial

Key Laboratory of Physical Geography and Environmental Process， Xining， Qinghai Province 810008， China; 3.Key Laboratory of

Surface Processes and Ecological Conservation on Tibetan Plateau， Ministry of Education， Xining， Qinghai Province 810008， China;

4.Graduate School of Qinghai Normal University， Xining， Qinghai Province 810008， China）

Abstract：To assess the soil quality under different land use practices in the high-cold region and identify the key influencing factors on soil quality under different land use types，174 soil samples from four main land use practices，including forests，shrubs，grasslands，and cultivated lands，were collected on the southern slope of the Qilian Mountains. A minimum data set （MDS） was established using principal component analysis to comprehensively evaluate soil quality under different land use practices in the study area. The results showed that the soil quality indices for forests，shrubs，grasslands，and cultivated lands were 0.535，0.519，0.466，and 0.544，respectively，with the order of cultivated landsgt;forestsgt;shrubsgt;grasslands. Corresponding to the soil quality classification，the soil quality levels for grasslands were classified as Grade III，indicating a “medium” level，while the soil quality level for cultivated lands，forests，and" shrubs was classified as Grade IV，indicating a “above-average” level. There were interactions among the key indicators of soil quality. Scientific classification management should be implemented for land in the research area. Regarding to the microorganisms affecting soil quality，the rational development and application of environmentally friendly，green and efficient new biotechnologies are effective measures to address the microbial indicators influencing soil quality in the study area.

Key words：Soil quality;Minimum data set;South slope of Qilian Mountains

土壤質(zhì)量是指特定種類(lèi)的土壤在自然或管理的生態(tài)系統(tǒng)范圍內(nèi)維持植物和動(dòng)物生產(chǎn)力、保持或提高水和空氣質(zhì)量以及支持人類(lèi)健康和居住的能力［1-2］，土壤質(zhì)量的好壞取決于土地利用方式、生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型以及土壤內(nèi)部各種特征的相互作用［3］。其中，土地利用通過(guò)干擾土壤的理化以及生物性質(zhì)，導(dǎo)致土壤肥力等發(fā)生變化，進(jìn)而影響土壤質(zhì)量［5-7］。良好的土壤質(zhì)量不僅具有較高的生產(chǎn)力，而且有助于區(qū)域水土生態(tài)環(huán)境的改善［4］。因此，開(kāi)展不同土地利用方式土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)工作，對(duì)土地管理模式優(yōu)化和結(jié)構(gòu)調(diào)整具有重要意義［8］。

土壤理化和生物特性等功能因子在土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)中往往被作為相關(guān)指標(biāo)［9］。評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確與否和土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)中參數(shù)的嚴(yán)格選擇息息相關(guān)［10］，且選取的大量指標(biāo)之間往往存在相關(guān)關(guān)系，會(huì)造成數(shù)據(jù)間的冗余，準(zhǔn)確提取適宜評(píng)價(jià)指標(biāo)是土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要環(huán)節(jié)。Larson等［11］提出采用土壤參數(shù)最小數(shù)據(jù)集（Minimum data set，MDS）來(lái)鑒別評(píng)價(jià)指標(biāo)間的相互關(guān)系以及反映對(duì)土壤特性和作物的影響。運(yùn)用主成分分析（Principal component analysis，PCA）從大量土壤參數(shù)中篩選出相對(duì)獨(dú)立、影響土壤質(zhì)量的敏感性指標(biāo)建立MDS，目前廣泛應(yīng)用于評(píng)估土壤質(zhì)量［12-13］，涉及土地利用變化、草地不同放牧率下、森林不同治理模式下的土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)等［14-16］。土地利用方式對(duì)土壤質(zhì)量產(chǎn)生顯著的影響，開(kāi)展不同土地利用類(lèi)型高寒土壤質(zhì)量調(diào)查，建立高寒土地管理評(píng)估框架體系對(duì)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

祁連山是青藏高原東北部的高大山系，是我國(guó)西北干旱區(qū)重要的生態(tài)安全屏障，該區(qū)域地形復(fù)雜，氣候變化明顯，屬于典型的高寒區(qū)［17-18］。近年來(lái)，隨著祁連山國(guó)家公園的建立以及區(qū)內(nèi)生態(tài)價(jià)值的提高，以祁連山脈為核心的高寒旱區(qū)研究成為熱點(diǎn)之一。因此，本研究以祁連山南坡境內(nèi)的林地、灌叢、草地及耕地為研究對(duì)象，綜合土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)特征，運(yùn)用主成分分析方法選擇土壤質(zhì)量指標(biāo)建立MDS，評(píng)估研究區(qū)域的土壤質(zhì)量，以期為青藏高原地區(qū)土壤可持續(xù)利用提供參考。

1" 材料與方法

1.1" 研究區(qū)概況

本文中的祁連山南坡主要指的是祁連山脈的中國(guó)青海片區(qū)，該區(qū)域年日照時(shí)數(shù)約為2200～2900 h，年均氣溫僅為-5.9℃，年內(nèi)降水集中分布在6～8月，年均降水量300～400 mm，屬于典型的高寒區(qū)，具有冬長(zhǎng)嚴(yán)寒、夏短清涼的特征。研究區(qū)地理位置為 98°08′13″～102°38′16″E，37°03′17″～39°05′56″N，海拔2286～5208 m，平均海拔3800 m，總面積 2.4×104 km2，植物生長(zhǎng)期為100～150 d，與降水季同期。研究區(qū)土壤呈弱堿性，土壤類(lèi)型包括山地森林土、灰褐土、栗鈣土、黑鈣土、高山草原土、草甸土、寒漠土等［19］。

1.2" 樣品采集與分析

于2022年8月對(duì)區(qū)內(nèi)進(jìn)行實(shí)地調(diào)查后，選擇無(wú)降雨日期，按照隨機(jī)采樣法在每個(gè)樣地選取3個(gè)1 m×1 m的取樣點(diǎn)用直徑為5 cm的土鉆鉆取采集林地、灌叢、草地及耕地土壤（0～20 cm）樣品?，F(xiàn)場(chǎng)記錄采樣點(diǎn)的地理位置等基本信息，如圖1所示，布設(shè)樣地林地15個(gè)、灌叢15個(gè)、草地9個(gè)、耕地19個(gè)，共布設(shè)58個(gè)樣地，共計(jì)樣品174件。采樣后取部分土壤帶回實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)自然風(fēng)干，剔除大塊礫石及未分解植物根莖后，部分用于測(cè)定土壤機(jī)械組成，部分過(guò)篩，用于測(cè)定土壤理化性質(zhì)。此外，一份鮮土現(xiàn)場(chǎng)過(guò)2 mm土壤篩后，置于-80℃液氮保存，用于測(cè)定土壤微生物多樣性。

土壤含水量（Soil Water Content，SWC）采用烘干法測(cè)定；土壤容重（Soil Bulk Density，BD）采用環(huán)刀法測(cè)定；土壤機(jī)械組成采用Mastersizer 2000型激光粒度儀測(cè)定；土壤電導(dǎo)率（Electric Conductivity，EC）使用電導(dǎo)率儀（DDS-307）進(jìn)行測(cè)定。土壤全氮（Total Nitrogen，TN）、全磷（Total Phosphorus，TP）、全鉀（Total Potassium，TK）、有機(jī)碳（Soil Organic Carbon，SOC）含量等理化性質(zhì)的測(cè)定參考《土壤農(nóng)化分析》［20］。利用高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)土壤細(xì)菌和真菌群落多樣性進(jìn)行分析。

1.3" 土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)

本研究采用13個(gè)影響土壤質(zhì)量的指標(biāo)，對(duì)全量數(shù)據(jù)集的降維及土壤綜合質(zhì)量指數(shù)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，通過(guò)主成分分析（PCA）將特征值≥1的指標(biāo)進(jìn)行分組，各組內(nèi)選取Norm最高值相差10%以內(nèi)的指標(biāo)，計(jì)算綜合荷載建立MDS，所有主成分的綜合荷載越大，其解釋綜合信息的能力就越強(qiáng)［21-22］；總數(shù)據(jù)集（Total data set，TDS）是對(duì)所有指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算綜合荷載計(jì)算，公式如下：

Nik=∑k1（U2ikλk）（1）

式中：Nik是i指標(biāo)在全部k個(gè)主成分的累加因子荷載；Uik是i指標(biāo)的單個(gè)因子荷載；λk為第k個(gè)主成分的特征值。

通過(guò)建立指標(biāo)與土壤質(zhì)量之間的隸屬函數(shù)，對(duì)進(jìn)入MDS的指標(biāo)求隸屬度值［5］，計(jì)算公式如下：

u（x）=0.9×1，x≥x2x－x1x2－x1，x2lt;x＜x10，x≤x1（2）

式中：x為土壤質(zhì)量指標(biāo)的實(shí)際測(cè)量值；x1表示最小值；x2表示最大值；u（x）表示指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的值。

把各項(xiàng)指標(biāo)線性得分與權(quán)重因子進(jìn)行加權(quán)求和，計(jì)算土壤質(zhì)量指數(shù)（SQI），公式如下［23］：

SQI=∑ni=1WiNi（3）

式中：Ni和Wi分別表示第i種評(píng)價(jià)指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的線性得分和權(quán)重系數(shù)；n為數(shù)據(jù)集中土壤指標(biāo)總數(shù)。

1.4" 數(shù)據(jù)處理

使用IBM SPSS 26軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性、主成分及相關(guān)性等統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，數(shù)據(jù)分布的正態(tài)性采用Shapiro-Wilk檢驗(yàn)，用方差分析（One-way ANOVA）和Duncan檢驗(yàn)比較不同數(shù)據(jù)組之間的差異，進(jìn)行主成分分析時(shí)考慮了所有參數(shù)。采用Origin 2024軟件繪制圖表。

2" 結(jié)果與分析

2.1" 祁連山南坡不同土地利用方式下土壤性質(zhì)差異

如表1所示，祁連山南坡4種不同土地利用方式下土壤性質(zhì)呈現(xiàn)差異性。就土壤TN含量而言，表現(xiàn)為耕地顯著大于灌叢及林地（P＜0.05），灌叢及草地顯著大于林地（P＜0.05）。耕地土壤TP含量最高，顯著大于林地、灌叢和草地土壤TP含量（P＜0.05）。草地土壤TK含量最高，顯著大于林地、灌叢及耕地土壤TK含量（P＜0.05），灌叢與耕地之間土壤TK含量差異不顯著，但均顯著高于林地（P＜0.05）。灌叢與草地之間SOC含量差異不顯著，但均顯著高于林地與耕地（P＜0.05），且林地SOC含量也顯著高于耕地（P＜0.05）。草地SWC最高，顯著高于其他3種土地利用方式下土壤SWC（P＜0.05）；灌叢與耕地土壤SWC均顯著低于林地土壤SWC（P＜0.05）。祁連山南坡土壤呈弱堿性，耕地土壤pH值最大，灌叢土壤pH值最小，顯著低于耕地和林地（P＜0.05）。祁連山南坡4種不同土地利用方式下土壤EC差異均不顯著。林地土壤黏粒（Clay）含量最高，顯著高于其他3種土地利用方式下土壤Clay含量（P＜0.05）；灌叢和草地土壤Clay含量均顯著大于耕地土壤Clay含量（P＜0.05）。耕地土壤粉粒（Silt）含量顯著大于其他3種土地利用方式下土壤Silt含量（P＜0.05）；林地和灌叢土壤Silt含量均顯著小于草地土壤Silt含量（P＜0.05）。林地和灌叢土壤砂粒（Sand）含量均顯著大于草地與耕地土壤Sand含量（P＜0.05）；且草地土壤Sand含量顯著大于耕地土壤Sand含量（P＜0.05）。灌叢與草地之間土壤細(xì)菌多樣性差異不顯著，但均顯著大于林地與耕地（P＜0.05）。林地的土壤真菌多樣性最低，顯著低于其他3種土地利用方式下土壤真菌多樣性（P＜0.05）。此外，根據(jù)第二次全國(guó)土壤普查土壤養(yǎng)分含量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［24］，境內(nèi)林地、灌叢、草地和耕地TN，TP和SOC含量極豐富，處于一級(jí)水平，而土壤TP含量則相對(duì)較低，處于二級(jí)水平。

2.2" 基于PAC的MDS建立

如表2所示，祁連山南坡林地中，特征值＞1的5個(gè)主成分（PC1，PC2，PC3，PC4，PC5）占總方差的85.137%。指標(biāo)因子荷載值越大，其所占主成分權(quán)重越大，對(duì)土壤影響越大。第1主成分中土壤指標(biāo)有TN、SOC和pH，第2主成分中土壤指標(biāo)有BD，Clay，Silt和Sand，第3主成分中土壤指標(biāo)有TP、SWC和真菌多樣性，第4主成分中土壤指標(biāo)為細(xì)菌多樣性，第5主成分中土壤指標(biāo)有TK和EC，根據(jù)Norm值和相關(guān)性選取原則，篩選Norm值最高指標(biāo)相差10%以內(nèi)的指標(biāo)［5］。第1主成分中Norm值的排序?yàn)椋簆H＞TN＞SOC，TN，SOC和pH均在最高指標(biāo)Norm值10%以內(nèi)，但由于林地pH與TN和SOC之間均呈極顯著（P＜0.01）相關(guān)，因此，選擇pH進(jìn)入MDS。同理，第2主成分中，Norm值10%以內(nèi)的土壤指標(biāo)為BD，Silt和Sand，Sand與BD呈顯著相關(guān)（P＜0.05），與Silt呈極顯著相關(guān)（P＜0.01），因此Sand進(jìn)入MDS；第3主成分中，Norm值10%以內(nèi)的土壤指標(biāo)為SWC和真菌多樣性，二者無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系，因此SWC和真菌多樣性進(jìn)入MDS；第4主成分中細(xì)菌多樣性進(jìn)入MDS；第5主成分中Norm值10%以內(nèi)的土壤指標(biāo)為T(mén)K和EC，二者無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系，因此TK和EC進(jìn)入MDS。

如表3所示，祁連山南坡灌叢中，特征值＞1的3個(gè)主成分（PC1、PC2、PC3）占總方差的73.780%。通過(guò)主成分分析，第1主成分中土壤指標(biāo)有TK，SOC，SWC，pH，BD，細(xì)菌多樣性和真菌多樣性，第2主成分中土壤指標(biāo)有EC，Clay，Silt和Sand，第3主成分中土壤指標(biāo)有TN和TP。根據(jù)Norm值和相關(guān)性選取原則，最終進(jìn)入MDS的指標(biāo)為SOC，Sand和TN。

如表4所示，祁連山南坡草地中，特征值＞1的4個(gè)主成分（PC1，PC2，PC3，PC4）占總方差的92.154%。通過(guò)主成分分析，第1主成分中土壤指標(biāo)有TP，SOC，pH，EC，Clay，Silt，Sand和真菌多樣性，第2主成分中土壤指標(biāo)有TN和細(xì)菌多樣性，第3主成分中土壤指標(biāo)有TK和BD，第4主成分中土壤指標(biāo)有SWC。根據(jù)Norm值和相關(guān)性選取原則，最終進(jìn)入MDS的指標(biāo)為Sand，TP，pH，EC，TN，BD和SWC。

如表5所示，祁連山南坡耕地中，特征值＞1的4個(gè)主成分（PC1，PC2，PC3，PC4）占總方差的78.790%。通過(guò)主成分分析，第1主成分中土壤指標(biāo)有TN，TP，SWC，pH，BD，Clay，Silt和Sand，第2主成分中土壤指標(biāo)有TK，SOC和細(xì)菌多樣性，第3主成分中土壤指標(biāo)有EC，第4主成分中土壤指標(biāo)有真菌多樣性。根據(jù)Norm值和相關(guān)性選取原則，最終進(jìn)入MDS的指標(biāo)為Sand，SOC，EC和真菌多樣性。

2.3" 基于MDS的土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)

全部評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理后進(jìn)行主成分分析，用指標(biāo)公因子方差占所有指標(biāo)公因子方差之和的比例來(lái)獲取各指標(biāo)的權(quán)重（表6-7），并使用隸屬度函數(shù)確定各指標(biāo)的隸屬度。結(jié)合各指標(biāo)的權(quán)重值與隸屬度，基于TDS和MDS計(jì)算得到的林地土壤質(zhì)量指數(shù)值的范圍分別為0.461～0.657和0.448～0.667，平均值分別為0.544和0.535；灌叢土壤質(zhì)量指數(shù)值的范圍分別為0.413～0.652和0.419～0.666，平均值分別為0.536和0.519；草地土壤質(zhì)量指數(shù)值的范圍分別為0.418～0.549和0.359～0.588，平均值分別為0.485和0.466；耕地土壤質(zhì)量指數(shù)值的范圍分別為0.443～0.632和0.391～0.616，平均值分別為0.550和0.544；因此，祁連山南坡農(nóng)田不同土地利用方式下MDS土壤質(zhì)量指數(shù)表現(xiàn)為耕地＞林地＞灌叢＞草地。

2.4" MDS評(píng)價(jià)的精度驗(yàn)證

MDS構(gòu)建的合理性，直接關(guān)系到土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確程度。過(guò)度的簡(jiǎn)化指標(biāo)，會(huì)導(dǎo)致土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)準(zhǔn)確度的下降。因此，需對(duì)比分析基于全部指標(biāo)計(jì)算的土壤質(zhì)量指數(shù)和基于MDS指標(biāo)計(jì)算的土壤質(zhì)量指數(shù)間的差異。將兩類(lèi)數(shù)據(jù)集土壤質(zhì)量指數(shù)值進(jìn)行回歸分析，以TDS計(jì)算得到的土壤質(zhì)量指數(shù)值為基準(zhǔn)對(duì)MDS土壤質(zhì)量指數(shù)值進(jìn)行精度檢驗(yàn)，其結(jié)果見(jiàn)圖2。從TDS和MDS的擬合效果來(lái)看，兩類(lèi)數(shù)據(jù)集的土壤質(zhì)量指數(shù)呈顯著正相關(guān)（P＜0.01），R2為0.663，證明本研究構(gòu)建的MDS的檢驗(yàn)精度較高，基于MDS構(gòu)建的土壤質(zhì)量指數(shù)可對(duì)研究地塊進(jìn)行不同土地利用類(lèi)型下土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)。

3" 討論

3.1" 不同土地利用類(lèi)型對(duì)土壤質(zhì)量相關(guān)指標(biāo)的影響

本文基于PCA法結(jié)合相關(guān)性分析和Norm值，采用MDS計(jì)算SQI，對(duì)祁連山南坡4種不同土地利用方式下土壤質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，并對(duì)MDS的精度進(jìn)行了驗(yàn)證，MDS可以替代TDS對(duì)祁連山南坡不同土地利用類(lèi)型下土壤質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)合各樣地土壤質(zhì)量指數(shù)值來(lái)看（圖2），土壤質(zhì)量指數(shù)值大多分布在中上部，這說(shuō)明土壤質(zhì)量整體較好，通過(guò)保護(hù)林地、灌叢、草地的自然生態(tài)環(huán)境減少人為干擾，對(duì)耕地進(jìn)行合理施用有機(jī)肥等措施，提高土壤保水、保肥能力，促進(jìn)植物根系生長(zhǎng)可有效調(diào)節(jié)該區(qū)域土壤質(zhì)量。

不同土地利用方式會(huì)導(dǎo)致土壤養(yǎng)分及理化性質(zhì)等存在差異。本文4種不同土地利用方式構(gòu)建的MDS中，土壤pH值、Sand，EC，SWC，SOC，TN含量及真菌多樣性7個(gè)指標(biāo)均入選兩次及以上，是影響研究區(qū)土壤質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)。土壤粒度粗細(xì)直接影響著土壤的理化性質(zhì)與肥力狀況，是土壤最基本的物理性質(zhì)之一。土壤顆粒粗會(huì)導(dǎo)致土壤養(yǎng)分淋失，相對(duì)保水性能和保肥能力差［25］。本研究中，耕地土壤Sand含量顯著低于其余3種土地利用方式下土壤Sand含量，因此耕地土壤質(zhì)量較高，這與陳正發(fā)等［22］在云南坡耕地耕層土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果一致。土壤EC、pH值及SWC是影響生態(tài)系統(tǒng)健康的重要物理因素［26］。有研究表明，土壤EC、pH值及SWC是影響細(xì)菌類(lèi)群的主要因素，這些理化因子還可通過(guò)改變植物群落結(jié)構(gòu)調(diào)控真菌群落結(jié)構(gòu)［27］。本研究發(fā)現(xiàn)土壤真菌多樣性也是影響土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)。張麗星等［28］對(duì)內(nèi)蒙古草地土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)研究中表示該研究區(qū)土壤質(zhì)量與土壤EC密切相關(guān)。有研究表示土壤EC、pH值、SWC過(guò)高會(huì)直接影響土壤的生物活性，降低土壤肥力和有機(jī)質(zhì)含量［29-30］，進(jìn)而對(duì)土壤質(zhì)量產(chǎn)生消極影響?？梢?jiàn)，土壤EC、pH值、SWC及真菌多樣性互相影響并制約研究區(qū)土壤質(zhì)量。SOC、TN直接關(guān)系植物生長(zhǎng)及養(yǎng)分供應(yīng)狀況，是植物生長(zhǎng)所需的物質(zhì)保障，對(duì)土壤綜合質(zhì)量的貢獻(xiàn)度較大［31］，是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的敏感指標(biāo)［32］。不同的土地利用方式通過(guò)影響土壤碳和氮的分解與固存，直接影響土壤肥力和植物生長(zhǎng)［33］。

綜合來(lái)看，影響研究區(qū)域的土壤Sand含量、EC、pH值、SWC，SOC，TN及真菌多樣性幾個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，其內(nèi)部聯(lián)系緊密。有研究表明，較大的礫石孔隙結(jié)構(gòu)能夠顯著抑制土壤產(chǎn)流發(fā)生并促進(jìn)水分的垂直入滲，增大土壤表層水分并逐年累積［34］，而土壤鹽分運(yùn)移與水分運(yùn)動(dòng)相輔相成，遵循“鹽隨水動(dòng)”的同步性準(zhǔn)則［27］。土壤可溶性鹽分以水分為載體，由蒸發(fā)驅(qū)使聚集至土壤表層，且返鹽效應(yīng)隨覆蓋層結(jié)構(gòu)惡化而愈加強(qiáng)烈［35］，這會(huì)導(dǎo)致土壤pH值的改變。此外，土壤微生物作為土地修復(fù)的變局者，直接管控有機(jī)物形成、分解和碳氮循環(huán)過(guò)程，本研究中也證實(shí)了這一點(diǎn)。因此，對(duì)于影響研究區(qū)土壤質(zhì)量的土壤理化性質(zhì)而言，土壤粒度對(duì)于該區(qū)域內(nèi)土壤質(zhì)量的影響較大，且存在一定的連鎖反應(yīng)。在實(shí)施土地管理時(shí)，對(duì)耕地要合理施用有機(jī)肥，增加土壤肥力；盡量減少人類(lèi)對(duì)森林、灌叢、草地等自然生態(tài)環(huán)境的干擾，避免水土流失發(fā)生。對(duì)于影響土壤質(zhì)量的微生物，開(kāi)發(fā)應(yīng)用綠色環(huán)保、環(huán)境友好的新型生物技術(shù)用以調(diào)控根際微生物間的互作關(guān)系，激發(fā)有益生態(tài)集群活性［36］，如科學(xué)合理施用微生物菌劑，是改善土壤微生態(tài)環(huán)境有效生物途徑。

3.2" 不同土地利用類(lèi)型的土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)

土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)是土地可持續(xù)利用的一個(gè)重要思想。本研究基于MDS計(jì)算的祁連山南坡林地土壤質(zhì)量平均值為0.535，與茍國(guó)花等［5］在青藏高原南部林地的土壤質(zhì)量0.510調(diào)查相類(lèi)似，略高于蔣叢澤等［7］在祁連山北坡調(diào)查的林地土壤質(zhì)量0.481，這可能與祁連山南北坡環(huán)境差異導(dǎo)致林地凋落物豐富度有關(guān)。把黎等［37］及祁棟林等［38］的研究表明，祁連山區(qū)南坡空中云水資源較北坡豐富，本文中林地土壤質(zhì)量的主要制約因子為土壤TK及真菌多樣性，二者的豐富度與降水及氣溫密不可分，這是本研究中祁連山南坡林地土壤質(zhì)量略高于蔣叢澤等［7］在祁連山北坡的研究結(jié)果的重要原因。本研究中灌叢土壤質(zhì)量為0.519，低于大渡河流域河谷區(qū)灌叢的土壤質(zhì)量0.558［39］。就本文研究結(jié)果來(lái)看，制約灌叢土壤質(zhì)量的主要因素是土壤粒度與土壤TN、SOC。馬劍［40］在對(duì)祁連山典型灌叢生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征研究結(jié)果表明，祁連山灌叢植物生長(zhǎng)更易受N限制；且眾多研究結(jié)果表明TN、碳含量在土壤中存在著協(xié)同作用［25］；就土壤粒度與土壤TN、SOC而言，祁連山南坡位于高寒地區(qū)，其土壤機(jī)械組成及土壤養(yǎng)分與大渡河流域中游干暖河谷區(qū)的差異明顯，因此研究區(qū)灌叢土壤質(zhì)量低于王文武等［39］在大渡河流域河谷區(qū)對(duì)灌叢的土壤質(zhì)量研究結(jié)果。祁連山南坡草地土壤質(zhì)量為0.466，與茍國(guó)花等［5］在青藏高原草地的土壤質(zhì)量研究相一致；土壤TN，TP，BD等理化性質(zhì)是影響研究區(qū)草地土壤質(zhì)量的重要因素，這與草地放牧有關(guān)；放牧是草地最主要的利用方式之一［41］，就其他3種土地利用方式而言，放牧行為會(huì)改變草地土壤物理結(jié)構(gòu)，從而影響其土壤質(zhì)量。研究區(qū)耕地土壤質(zhì)量為0.544，高于蔣叢澤等［7］在祁連山北坡的研究結(jié)果耕地土壤質(zhì)量0.462，與劉利昆等［42］在青藏公路沿線的研究結(jié)果0.535類(lèi)似。

綜合看來(lái)，祁連山南坡農(nóng)田不同土地利用方式下MDS土壤質(zhì)量指數(shù)表現(xiàn)為耕地＞林地＞灌叢＞草地。對(duì)土壤質(zhì)量分級(jí)為Ⅰ～Ⅵ級(jí)，對(duì)應(yīng)指數(shù)分別為≤0.3，（0.3～0.4］，（0.4～0.5］，（0.5～0.6］，（0.6，0.7］和gt;0.7［5］，草地等級(jí)為Ⅲ級(jí)，處于“中等”水平；耕地、林地和灌叢土壤質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)，處于“中等偏上”水平。就研究區(qū)實(shí)地調(diào)查來(lái)看，4種土地利用類(lèi)型土壤質(zhì)量等級(jí)差異的主要原因如下：林地較高的凋落物豐富度有利于土壤質(zhì)量的改善，且耕地的人為施肥，可促進(jìn)有機(jī)質(zhì)積累與養(yǎng)分循環(huán)［43］，而草地因?yàn)榉拍?、牲畜踐踏等影響土壤肥力，導(dǎo)致土壤質(zhì)量略低于耕地、林地和灌叢。有研究表明，祁連山地區(qū)的喬木建群種與優(yōu)勢(shì)種青海云杉，其葉片凋落物分解是祁連山中段森林生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的重要環(huán)節(jié)之一［44］，農(nóng)田肥料施用改變了土壤養(yǎng)分［25］，較草地而言提高了土壤質(zhì)量。

4" 結(jié)論

本研究基于最小數(shù)據(jù)集對(duì)祁連山南坡林地、灌叢、草地和耕地土壤質(zhì)量進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，林地、灌叢、草地和耕地土壤質(zhì)量指數(shù)值分別為0.535，0.519，0.466和0.544，表現(xiàn)為耕地＞林地＞灌叢＞草地。土壤質(zhì)量關(guān)鍵指標(biāo)間存在互相影響，對(duì)于研究區(qū)域土地要實(shí)施分類(lèi)科學(xué)管理，對(duì)耕地合理施用有機(jī)肥，增加土壤肥力；對(duì)于林地、灌叢、草地等自然生態(tài)環(huán)境盡量減少人為干擾，避免水土流失發(fā)生。此外，對(duì)于影響土壤質(zhì)量的微生物，開(kāi)發(fā)應(yīng)用綠色環(huán)保、環(huán)境友好的新型生物技術(shù)是應(yīng)對(duì)影響研究區(qū)土壤質(zhì)量的微生物指標(biāo)的有效措施。研究結(jié)果為祁連山地區(qū)土地可持續(xù)利用合理開(kāi)發(fā)利用與管理提供了重要參考。

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