松嫩平原黑土區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量時(shí)空變化及其影響因素

摘要：明晰農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)的時(shí)空變化格局對(duì)保障農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。本研究以松嫩平原黑土區(qū)為研究對(duì)象，基于第二次全國(guó)土壤普查和2015年?yáng)|北地區(qū)耕地力調(diào)查與評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，運(yùn)用ArcGIS 10.8和GS+9.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，以期探討第二次全國(guó)土壤普查以來(lái)松嫩平原黑土區(qū)耕地土壤有機(jī)質(zhì)時(shí)空變化特征及其影響因素。結(jié)果表明：2015年松嫩平原黑土區(qū)耕地土壤有機(jī)質(zhì)平均含量為31.70 g·kg?1，其中Ⅲ級(jí)（20～30 g·kg?1）水平占比最大；松嫩平原黑土區(qū)各市土壤有機(jī)質(zhì)含量較20世紀(jì)80年代大多有不同程度下降，其中哈爾濱市和大慶市降幅最大；松嫩平原不同土壤類型的土壤有機(jī)質(zhì)均有不同程度下降，其中沼澤土、暗棕壤和白漿土的土壤有機(jī)質(zhì)含量下降最多，分別下降了12.76、10.58 g·kg?1和6.70 g·kg?1。松嫩平原黑土區(qū)耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量具有強(qiáng)烈的空間自相關(guān)性，最優(yōu)擬合模型為球形模型，呈現(xiàn)東北高、西南低的空間分布特征；有效積溫、海拔、經(jīng)緯度、年降水量是影響松嫩平原黑土區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)時(shí)空變異的主要因素，共同解釋松嫩平原黑土區(qū)耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量57%變化量。綜上，1980s—2015年松嫩平原黑土區(qū)耕地有機(jī)質(zhì)含量呈下降趨勢(shì)且呈現(xiàn)出東北部高、西南部低的空間分布格局，土壤有機(jī)質(zhì)含量受氣候、地形和人為因素的共同影響，其中有效積溫對(duì)有機(jī)質(zhì)含量變化的貢獻(xiàn)率最大（28.4%）。

關(guān)鍵詞：松嫩平原；有機(jī)質(zhì)；時(shí)空變化；地理信息系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：S153.621 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-6819（2025）01-0120-10 doi： 10.13254/j.jare.2023.0623

土壤有機(jī)質(zhì)是影響農(nóng)田土壤健康和肥力狀況的關(guān)鍵要素，其量、質(zhì)特征直接影響土壤中的水分保持、養(yǎng)分循環(huán)和生物多樣性特征。土壤有機(jī)質(zhì)含量的下降會(huì)引發(fā)土壤侵蝕、結(jié)構(gòu)變差、耕層淺薄等退化問(wèn)題，同時(shí)對(duì)糧食產(chǎn)能的下降和全球氣候變化的加劇產(chǎn)生級(jí)聯(lián)效應(yīng)。土壤有機(jī)質(zhì)的固存受到農(nóng)田管理措施、土地利用變化、氣候環(huán)境變化、土壤類型和外源有機(jī)物料輸入等多重因素調(diào)控，導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)分布存在顯著的時(shí)間差異性和空間異質(zhì)性[1]。在當(dāng)前糧食安全和碳中和目標(biāo)的雙重壓力下，探究并明晰農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)的時(shí)空變化格局對(duì)于提升耕地生產(chǎn)力、減排增匯和農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

東北黑土區(qū)是我國(guó)糧食生產(chǎn)的“穩(wěn)定器”和“壓艙石”，在保障國(guó)家糧食安全方面貢獻(xiàn)極大。其中，松嫩平原位于東北地區(qū)腹地，擁有豐富的土地資源和良好的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，是我國(guó)典型黑土集中分布的區(qū)域，也是我國(guó)重要的黃金玉米帶，對(duì)維持我國(guó)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)安全具有重要的戰(zhàn)略意義[2]。然而，隨著當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，由于耕作方式不合理、糧食作物長(zhǎng)期單一種植以及有機(jī)物輸入不足等因素，松嫩平原黑土區(qū)處于“重用輕養(yǎng)”的高負(fù)荷狀態(tài)，導(dǎo)致土壤出現(xiàn)以有機(jī)質(zhì)含量下降為核心的退化問(wèn)題，制約了土壤健康和糧食的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。然而，松嫩平原黑土區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)變化的時(shí)間和空間特征仍不明確，其驅(qū)動(dòng)因素也有待厘清。

近年來(lái)隨著地統(tǒng)計(jì)學(xué)和GIS技術(shù)的發(fā)展，多種地統(tǒng)計(jì)學(xué)和地理信息系統(tǒng)技術(shù)在土壤學(xué)、生態(tài)學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣泛，成為研究土壤屬性空間變異的有效工具[3]。針對(duì)不同區(qū)域尺度土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分的空間分布特征研究較為廣泛[4-6]。在松嫩平原黑土區(qū)，王子龍等[7]以松嫩平原中部為研究區(qū)，利用經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)、地統(tǒng)計(jì)學(xué)和多重分形結(jié)合的方法，探究了土壤有機(jī)質(zhì)分布特征及其變異規(guī)律，明確了高程及土地利用類型對(duì)有機(jī)質(zhì)含量的影響程度；白一君等[8]研究了松嫩平原西部吉林省通榆縣農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)的空間分布，并分析了高程、坡度、土壤類型和人工施肥量等因素的影響。截至目前，研究主要針對(duì)松嫩平原局部地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量的時(shí)空變化情況進(jìn)行了探討，但在整個(gè)松嫩平原黑土區(qū)的宏觀層面，20世紀(jì)80年代來(lái)松嫩平原土壤有機(jī)質(zhì)含量整體變化及區(qū)域分異情況如何？哪些影響因素對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)退化影響程度更大？這些問(wèn)題亟待解決。

基于以上考量，本研究基于第二次全國(guó)土壤普查（以下簡(jiǎn)稱“二普”）時(shí)期和2015年土壤樣點(diǎn)土壤屬性數(shù)據(jù)，通過(guò)大樣本統(tǒng)計(jì)分析和地理信息系統(tǒng)（GIS）等方法，旨在厘清近35年來(lái)松嫩平原黑土區(qū)耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量的時(shí)空變化特征及其影響因素，以期為松嫩平原黑土區(qū)土壤肥力調(diào)控、質(zhì)量提升和耕地保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)為東北黑土區(qū)耕地質(zhì)量清單制作提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)為我國(guó)東北松嫩平原黑土區(qū)（122.45°～128.55°E，43.88°～50.89°N），東西跨527 km，南北跨673 km，全區(qū)耕地面積約1 076萬(wàn)hm2（圖1）。該區(qū)域西北以景星至甘南太平湖一線接大興安嶺，東北以科洛河至巴彥龍泉鎮(zhèn)與小興安嶺為界，東南以龍鳳山至濱西一線與東部山地為界，南至松遼分水嶺，整體略呈“菱形”分布，地勢(shì)自東北向西南呈坡階狀遞減，地貌以平原為主，可分為東北部山地和西南部沖積平原。行政區(qū)域主要包括黑龍江省齊齊哈爾市、大慶市、黑河市（五大連池、北安、嫩江）、綏化市（北林區(qū)、安達(dá)、明水、望奎、海倫、肇東、青岡、蘭西）和哈爾濱市（主要市區(qū)、雙城、木蘭、巴彥縣），吉林省松原市、長(zhǎng)春市（農(nóng)安、德惠）、白城市（鎮(zhèn)賚、大安），內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市（莫力達(dá)瓦爾族自治旗），下文中提及的城市名稱均指含有以上區(qū)縣的范圍。該區(qū)域?qū)贉貛Т箨懶园霛駶?rùn)或半干旱季風(fēng)氣候，年降水量387～651mm，≥10 ℃有效積溫平均為2 706 ℃[9]。該區(qū)域是我國(guó)典型黑土的集中分布區(qū)，黑土區(qū)占區(qū)域耕地面積的30%以上，其中松嫩平原地區(qū)北部分布著面積較廣的中厚層黑土；同時(shí)，該區(qū)域還分布著較大面積的草甸土、黑鈣土、暗棕壤等土壤類型。該區(qū)域地勢(shì)平坦，河流縱橫，以玉米、大豆、水稻為主要種植作物，是國(guó)家大型商品糧基地[10]。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究以20世紀(jì)80年代“二普”時(shí)期的農(nóng)化樣點(diǎn)數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，并獲取2015年?yáng)|北地區(qū)耕地地力調(diào)查與評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)（松嫩平原黑土區(qū)為10 713個(gè)點(diǎn)位）。樣點(diǎn)屬性信息主要包括經(jīng)緯度、地貌類型、年降水量、有效積溫、坡度、海拔、成土母質(zhì)、土壤類型、有機(jī)質(zhì)含量等指標(biāo)。

松嫩平原“二普”時(shí)期各地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)均值及分級(jí)占比數(shù)據(jù)來(lái)自《黑龍江土壤》[11]《內(nèi)蒙古土壤》[12]以及《吉林土壤》[13]，土壤有機(jī)質(zhì)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參照文獻(xiàn)[14]，在我國(guó)土壤有機(jī)質(zhì)含量分級(jí)基礎(chǔ)上將松嫩平原黑土地耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量分為6個(gè)級(jí)別，分別為Ⅰ級(jí)（≥40g·kg?1，很豐富）、Ⅱ級(jí)（30～40 g·kg?1，豐富）、Ⅲ級(jí)（20～30g·kg?1，中等）、Ⅳ級(jí)（10～20 g·kg?1，較缺乏）、Ⅴ級(jí)（6～10g·kg?1，缺乏）、Ⅵ級(jí)（lt;6 g·kg?1，很缺乏）。

1.3 研究方法

1.3.1 經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)

經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)將研究對(duì)象空間變量假定為隨機(jī)變量，相互獨(dú)立存在，計(jì)算研究對(duì)象極值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差及變異系數(shù)等參數(shù)簡(jiǎn)單描述研究對(duì)象空間變異特征，變異系數(shù)計(jì)算公式為：

CV=σ/μ

式中：CV為研究對(duì)象變異系數(shù)；σ 為研究對(duì)象標(biāo)準(zhǔn)差；μ 為研究對(duì)象平均值。

1.3.2 地統(tǒng)計(jì)學(xué)

半方差函數(shù)理論模型的建立是克里金插值法的核心[15]。通過(guò)計(jì)算半方差函數(shù)，克里金更易實(shí)現(xiàn)局部加權(quán)插值，克服了一般反距離加權(quán)插值結(jié)果的不穩(wěn)定性。

克里金插值的基礎(chǔ)是空間自相關(guān)性，而莫蘭指數(shù)（Moran′s I）是空間自相關(guān)系數(shù)的一種，其值分布在?1～1，用于判斷空間是否有自相關(guān)性。Moran′s Igt;0表示空間正相關(guān)性，其值越大，空間相關(guān)性越明顯；Moran′sIlt;0 表示空間負(fù)相關(guān)性，其值越小，空間差異越大；Moran′s I=0表示空間呈隨機(jī)性[16]。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016和SPSS 27.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布以及常規(guī)統(tǒng)計(jì)分析檢驗(yàn)，單因素方差分析（ANOVA）、相關(guān)性和回歸分析均在SPSS 27.0中完成。采用GS+ 9.0判斷出適合松嫩平原黑土區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)的最優(yōu)擬合模型，采用ArcGIS 10.8軟件的空間分析方法莫蘭指數(shù)法確定空間自相關(guān)性，克里金空間插值模塊繪制松嫩平原黑土區(qū)耕地土壤有機(jī)質(zhì)空間分布圖，其余柱形圖、餅圖等使用Origin 9.1軟件繪制。

2 結(jié)果與討論

2.1 松嫩平原黑土區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量時(shí)間變化特征

2.1.1 松嫩平原黑土區(qū)各行政區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量時(shí)間變化特征

2015年松嫩平原黑土區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量范圍在3.00～85.91 g·kg?1之間，均值為31.70 g·kg?1（表1），總體變異系數(shù)屬于中等程度變異（10%～100%）[17]；其中，白城市土壤有機(jī)質(zhì)含量變異系數(shù)最大，達(dá)到36.00%，綏化市土壤有機(jī)質(zhì)變異系數(shù)最小，僅15.75%。方差分析結(jié)果表明，呼倫貝爾市的平均土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于其余各市（Plt;0.05），為55.48 g·kg?1，其次為黑河市和綏化市；而白城市土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著低于其余各市（Plt;0.05），平均為16.31 g·kg?1；大慶市和長(zhǎng)春市土壤有機(jī)質(zhì)含量差異不顯著（Pgt;0.05）。

松嫩平原黑土區(qū)在“二普”時(shí)期耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量分級(jí)占比最大的為Ⅰ級(jí)水平，占比為38.7%；此外，土壤有機(jī)質(zhì)分布在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)的占比總計(jì)在85%以上（圖2）。2015年，松嫩平原黑土區(qū)耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量占比最大則是Ⅲ級(jí)水平，占比為31.6%。此外，土壤有機(jī)質(zhì)含量分布在Ⅰ和Ⅵ級(jí)的占比分別下降14.8個(gè)百分點(diǎn)和0.2個(gè)百分點(diǎn)；分布在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ級(jí)的占比則出現(xiàn)不同程度上升，分別為7.1、4.6個(gè)百分點(diǎn)和2.5個(gè)百分點(diǎn)。

與“二普”時(shí)期相比，呼倫貝爾市、長(zhǎng)春市和綏化市耕地土壤平均有機(jī)質(zhì)含量有所提升，增加量分別為3.78、1.89 g·kg?1和0.66 g·kg?1（圖3）。有報(bào)道顯示近些年?yáng)|北黑土區(qū)秸稈還田面積達(dá)到2億畝（1畝=1/15hm2），直接還田量達(dá)7 100多萬(wàn)t，合理的有機(jī)物料還田能夠改善黑土地土壤有機(jī)質(zhì)因侵蝕和礦化所引起的有機(jī)質(zhì)、養(yǎng)分降低[18]，因而這些區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)含量上升可能與當(dāng)?shù)氐母毓芾泶胧┑卯?dāng)和秸稈還田推動(dòng)力度大有關(guān)[19]。其他各市耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量均存在不同程度的下降。其中，哈爾濱市降幅最大，達(dá)到23%（10.08g·kg?1）；其次為大慶市和黑河市，降幅在9%以上（分別下降9.01g·kg?1和5.30g·kg?1）；松原市降幅最?。?.67g·kg?1）。

2.1.2 松嫩平原黑土區(qū)不同類型土壤有機(jī)質(zhì)含量的時(shí)間變化特征

松嫩平原黑土區(qū)在“二普”時(shí)期和2015年不同土壤類型中平均有機(jī)質(zhì)含量大小順序均表現(xiàn)為暗棕壤gt;沼澤土gt;黑土gt;水稻土gt;白漿土和草甸土gt;黑鈣土和新積土gt;風(fēng)沙土；其中，暗棕壤的平均土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，達(dá)到53.41 g·kg?1，風(fēng)沙土的平均土壤有機(jī)質(zhì)含量最低，僅為15.89 g·kg?1（圖4）。土壤有機(jī)質(zhì)含量較高的暗棕壤、沼澤土和黑土主要分布在松嫩平原的北部地區(qū)；其中，暗棕壤的自然植被為針闊混交林，林下有繁茂的草本，使土壤表層有較強(qiáng)的腐殖質(zhì)累積；沼澤土由于水分多而導(dǎo)致濕生植物生長(zhǎng)旺盛，有機(jī)質(zhì)殘?bào)w殘留在土壤后不易分解；而黑土原本的草甸草原植被生長(zhǎng)旺盛，腐殖質(zhì)積累強(qiáng)度大。土壤有機(jī)質(zhì)含量較低的風(fēng)沙土主要分布在松嫩平原的西部半干旱地區(qū)，母質(zhì)主要是松散的風(fēng)成沙，有機(jī)質(zhì)含量很低。因此，松嫩平原黑土區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量空間差異性與土壤類型密切相關(guān)。

1980s—2015年不同土壤類型有機(jī)質(zhì)含量降幅的大小排序?yàn)檎訚赏羐t;暗棕壤gt;白漿土gt;水稻土gt;草甸土gt;黑鈣土gt;黑土gt;風(fēng)沙土gt;新積土（圖4）；其中沼澤土、暗棕壤和白漿土的土壤有機(jī)質(zhì)含量下降最高，減少量分別為12.76、10.58 g·kg?1和6.70 g·kg?1，該結(jié)果說(shuō)明土壤有機(jī)質(zhì)本底值越大，在人類開(kāi)墾后，土壤越容易被破壞，從而導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)含量大幅下降；同時(shí)，沼澤土還被用作肥料、制作營(yíng)養(yǎng)土、飼料添加劑等，從而導(dǎo)致其有機(jī)質(zhì)含量下降。然而，從本研究結(jié)果可看出，黑土作為松嫩平原的代表性土壤類型，其有機(jī)質(zhì)降幅在不同土壤類型中處于居中狀態(tài)，證明黑土抵抗外界干擾（耕作、田間管理等）的能力高于暗棕壤和白漿土等。

2.2 松嫩平原黑土區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量空間變化特征

2.2.1 土壤有機(jī)質(zhì)含量空間變異結(jié)構(gòu)特征

本研究檢驗(yàn)結(jié)果中，Moran′s I 指數(shù)為0.701，說(shuō)明松嫩平原黑土區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)具有強(qiáng)烈的空間正相關(guān)性、聚集性，即松嫩平原的土壤有機(jī)質(zhì)含量與該地區(qū)的位置有關(guān)。Z 得分為328.31，大于1.96（Plt;0.05），認(rèn)為具有空間自相關(guān)性，結(jié)果分布在正態(tài)分布的兩端。結(jié)合Moran′s I 值為正，可以得出結(jié)果分布在正態(tài)分布的右端，為聚集型。P 值為0，表明該結(jié)果100%不為隨機(jī)數(shù)據(jù)生成，結(jié)果具有可信度。

運(yùn)用GS+ 9.0軟件對(duì)松嫩平原黑土區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行變異函數(shù)擬合。結(jié)果表明，松嫩平原黑土區(qū)耕地土壤有機(jī)質(zhì)的最佳擬合模型為球狀模型，R2 為0.98（接近1），殘差值為0.034（接近0），說(shuō)明該模型擬合效果很好，塊金系數(shù)為16%（小于25%），表現(xiàn)為強(qiáng)烈的空間相關(guān)性[20]，說(shuō)明松嫩平原黑土區(qū)耕層土壤有機(jī)質(zhì)空間分布受隨機(jī)性因素和結(jié)構(gòu)性因素的共同作用。

2.2.2 土壤有機(jī)質(zhì)地統(tǒng)計(jì)學(xué)制圖

克里金插值結(jié)果（圖5）表明，2015年松嫩平原黑土區(qū)耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量整體存在較大空間異質(zhì)性，主要呈現(xiàn)出由西南部向東北部逐漸增加的空間格局。其中，土壤有機(jī)質(zhì)含量較高的區(qū)域集中在嫩江縣、五大連池市、北安市以及莫力達(dá)瓦爾族自治旗等北部區(qū)域，這些地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量較為豐富，多為30～50g·kg?1；在松嫩平原東南區(qū)域的土壤有機(jī)質(zhì)含量居中，大都分布在20～40 g·kg?1之間；而松嫩平原西南區(qū)域的土壤有機(jī)質(zhì)含量較缺乏，大都分布在10～20 g·kg?1之間。

1980s—2015 年松嫩平原黑土區(qū)耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量空間變化情況如圖6所示。從圖中可以看出，松嫩平原黑土區(qū)大部分耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量自“二普”時(shí)期以來(lái)呈下降的趨勢(shì)，平均下降3.12 g·kg?1。土壤有機(jī)質(zhì)下降較為嚴(yán)重的區(qū)域主要分布在松嫩平原的北部嫩江縣，中部大同區(qū)、肇源縣和哈爾濱東部區(qū)域，這與以市為單位研究該區(qū)域時(shí)間序列上的土壤有機(jī)質(zhì)變化相符合。土壤有機(jī)質(zhì)含量上升的區(qū)域主要分布在松嫩平原的丘陵低谷地帶，由于坡面的侵蝕和雨水沖刷導(dǎo)致坡中上部的黑土聚集在坡底，坡底獲取水分的來(lái)源較多，導(dǎo)致其含水量高于坡上，有利于有機(jī)質(zhì)的賦存[21]。

2.3 松嫩平原黑土區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量影響因素

2.3.1 年降水量和有效積溫

降水量和積溫主要通過(guò)調(diào)控土壤水熱狀況[22-23]來(lái)影響土壤有機(jī)質(zhì)的分解與形成。松嫩平原黑土區(qū)不同年降水量、有效積溫下土壤有機(jī)質(zhì)含量分布情況見(jiàn)表2和表3。由表可知，年均降水量、有效積溫梯度均對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量存在顯著影響，土壤有機(jī)質(zhì)含量最高的分別為年均降水量gt;500mm和有效積溫≤2 000 ℃。總體上，在降水量越高以及有效積溫越低的地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量越高。降水量的提高有利于提高土壤水分涵養(yǎng)和植被生物量，從而增加土壤有機(jī)質(zhì)的來(lái)源[24]；而有效積溫的降低則抑制了微生物對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的分解，導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)的長(zhǎng)期穩(wěn)定累積。

2.3.2 坡度和海拔

坡度的大小會(huì)直接影響到土壤侵蝕程度、含水量和土地利用方式等因素[25-26]，進(jìn)而對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的固存與平衡產(chǎn)生影響。本研究方差分析結(jié)果表明，松嫩平原黑土區(qū)不同坡度等級(jí)耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量存在差異（圖7）?？傮w上，松嫩平原黑土區(qū)耕地坡度較為平緩，土壤有機(jī)質(zhì)平均含量隨著坡度的增加而增加（Plt;0.05）。該發(fā)現(xiàn)與前人研究結(jié)果[27]不一致，主要原因可能是坡度等級(jí)劃分方式不同；但相似的是二者均發(fā)現(xiàn)坡度在2°～6°的土壤有機(jī)質(zhì)含量較高，是因?yàn)檫@些漫崗地區(qū)廣泛分布著黑土、暗棕壤和白漿土等有機(jī)質(zhì)含量較高的土壤類型。

此外，不同海拔梯度下松嫩平原黑土區(qū)耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量均呈現(xiàn)出顯著差異（Plt;0.05），表現(xiàn)出隨著海拔的增加而增加的趨勢(shì)，與王子龍等[7]的研究結(jié)果一致。松嫩平原區(qū)總體以平原為主，在東北部有一些山地存在，海拔總體上呈現(xiàn)由東北到西南逐漸降低的趨勢(shì)。因此，研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量高值主要分布在海拔較高地區(qū)，而有機(jī)質(zhì)含量低值主要分布在平原地帶。該現(xiàn)象產(chǎn)生的原因可能是海拔較高的區(qū)域是有機(jī)質(zhì)含量較高的暗棕壤集中分布區(qū)；此外，海拔高的區(qū)域溫度相對(duì)較低，降水量較大，這可能會(huì)抑制土壤微生物的分解活動(dòng)，也有助于形成地帶性森林氣候，從而導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)的累積。

有機(jī)質(zhì)含量與自然影響因子的逐步線性回歸方程如下：

y=0.06x1 +3.34x2 +2.68x3-0.017x4-0.011x5 +474.28（R2=0.57，Plt;0.01）（1）

式中：x1、x2、x3、x4、x5分別代表海拔、緯度、經(jīng)度、有效積溫、年降水量。

回歸分析結(jié)果顯示R2=0.57，表明降水量、有效積溫、海拔和經(jīng)緯度共同解釋松嫩平原黑土區(qū)耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量57% 的變異量，回歸模型的擬合優(yōu)度較好，同時(shí)ANOVA檢驗(yàn)顯著性小于0.01，說(shuō)明該模型具有顯著性。通過(guò)回歸模型標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)分析發(fā)現(xiàn)，有效積溫是影響近35年松嫩平原黑土區(qū)有機(jī)質(zhì)含量最重要的影響因素，其對(duì)有機(jī)質(zhì)含量變化的貢獻(xiàn)率為28.4%（表4）。各影響因子對(duì)有機(jī)質(zhì)含量的貢獻(xiàn)率大小排序?yàn)椋河行Хe溫gt;緯度gt;經(jīng)度gt;海拔gt;年均降水量。

2.3.3 土地利用方式

松嫩平原黑土區(qū)不同土地利用方式下的土壤有機(jī)質(zhì)含量均存在顯著性差異（Plt;0.05，表5）。土壤有機(jī)質(zhì)含量高值部分多分布于東北部和南部旱地，而低值部分主要分布于中部以及西部的水澆地和水田耕地；其中，旱地土壤有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到32.68 g·kg?1，而水澆地的有機(jī)質(zhì)含量平均為26.92 g·kg?1。通常，由于水田中根系分泌物等輸入量大于大多數(shù)旱地作物，且土壤有機(jī)質(zhì)在缺氧條件下的分解較慢，因而旱田土壤有機(jī)質(zhì)含量一般低于水田[28]。而在本研究中，導(dǎo)致在區(qū)域范圍內(nèi)旱地土壤有機(jī)質(zhì)高于水田的結(jié)果應(yīng)歸因于水田本身主要分布在該研究區(qū)中南部土壤有機(jī)質(zhì)相對(duì)較低的平原地區(qū)，而在北部海拔較高的地區(qū)基本為旱地；同時(shí)，該地區(qū)在旱田作物生長(zhǎng)過(guò)程中施有機(jī)肥次數(shù)相對(duì)較多，并會(huì)采取秸稈和殘茬還田等農(nóng)田管理措施，在一定程度上提升旱地的土壤有機(jī)質(zhì)含量，這與趙東鵬等[29]的研究研究結(jié)果一致。此外，水澆地主要分布在半干旱地區(qū)，這些地區(qū)的耕地多為人工溫室大棚用地，化肥用量大、長(zhǎng)期使用免耕機(jī)，不進(jìn)行深翻，導(dǎo)致土壤板結(jié)，透氣性變差，有機(jī)質(zhì)含量降低。綜上，土地利用方式對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響受到氣候和土壤環(huán)境條件以及人為因素的嚴(yán)重制約。

3 結(jié)論

本研究運(yùn)用地理信息系統(tǒng)、經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)和地統(tǒng)計(jì)學(xué)等方法從不同角度分析松嫩平原黑土區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量時(shí)空分布規(guī)律和變異特征，并探究自然因素和人為影響因素對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響規(guī)律。主要得出以下結(jié)論：

（1）1980s—2015年，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等人類活動(dòng)的加劇，松嫩平原黑土區(qū)耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量呈整體下降趨勢(shì)，平均下降3.12 g·kg?1；在不同各市級(jí)行政區(qū)中，平均土壤有機(jī)質(zhì)含量降幅最大的為哈爾濱市和大慶市，而呼倫貝爾市等地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量有所上升；在不同土壤類型中，沼澤土、暗棕壤和白漿土等土壤有機(jī)質(zhì)本底值較高的土壤類型有機(jī)質(zhì)含量降幅較大。

（2）松嫩平原黑土區(qū)耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量的空間分布呈現(xiàn)東北高西南低的分布格局，且有強(qiáng)烈的空間自相關(guān)性，插值最優(yōu)擬合模型為球形模型。2015年松嫩平原耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量整體處于Ⅲ級(jí)水平，20世紀(jì)80年代以來(lái)該區(qū)域有機(jī)質(zhì)下降最多的區(qū)域在松嫩平原的嫩江縣、大同區(qū)、肇源縣和哈爾濱東部區(qū)域。

（3）松嫩平原黑土區(qū)耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量受氣候、地形和人為因素的共同影響。降水量、有效積溫、經(jīng)緯度、海拔能共同解釋松嫩平原黑土區(qū)耕地土壤有機(jī)質(zhì)57% 變化量，其中有效積溫對(duì)有機(jī)質(zhì)含量變化的貢獻(xiàn)率最大。

參考文獻(xiàn)：

[1] LIU Y， Lü J S， ZHANG B， et al. Spatial multi-scale variability of soil

nutrients in relation to environmental factors in a typical agricultural

region， eastern China[J]. Science of the Total Environment， 2013， 450：

108-119.

[2] 崔裕敬， 宋春威. 松嫩平原典型黑土區(qū)土壤養(yǎng)分空間分布特征[J].

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技， 2023， 1（14）：174-177. CUI Y J， SONG C W.

Spatial distribution characteristics of soil nutrients in typical black soil

area of the Songnen Plain[J]. Modern Agricultural Science and

Technology， 2023（14）：174-177.

[3] MARCHETTI A PICCINII C， FRANCAVIGLIA R， et al. Spatial

distribution of soil organic matter using geostatistics：a key indicator to

assess soil degradation status in central Italy[J]. Pedosphere， 2012， 22

（2）：230-242.

[4] 曹婧， 陳怡平， 毋俊華， 等. 近40年陜西省農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)時(shí)空變

化及其影響因素[J]. 地球環(huán)境學(xué)報(bào)， 2022， 13（3）：331-343. CAO J，

CHEN Y P， WU J H， et al. Temporal and spatial variation of soil

organic matter in Shaanxi Province in the past 40 years and its

influencing factors[J]. Journal of Earth Environment， 2022， 13（3）：

331-343.

[5] 胡越. 35年來(lái)什邡市雪茄煙土壤pH、有機(jī)質(zhì)和氮磷鉀時(shí)空演變特

征[D]. 綿陽(yáng)：西南科技大學(xué)， 2024：27-46. HU Y. Temporal and

spatial evolution characteristics of pH， organic matter， and nitrogen，

phosphorus， and potassium in cigar soil in Shifang city over the past 35

years[D]. Mianyang：Southwest University of Science and Technology，

2024：27-46.

[6] 趙業(yè)婷， 齊雁冰， 常慶瑞， 等. 渭河平原縣域農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)時(shí)空變

化特征[J]. 土壤學(xué)報(bào)， 2013， 50（5）：1048-1053. ZHAO Y T， QI Y

B， CHANG Q R， et al. Spatio-temporal variation of soil organic matter

in farmland at a county scale in Weihe Plain[J]. Acta Pedologica

Sinica， 2013， 50（5）：1048-1053.

[7] 王子龍， 孫建， 姜秋香， 等. 松嫩平原黑土區(qū)有機(jī)質(zhì)空間分布特征及

影響因素[J]. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2019， 50（10）：54-62. WANG Z

L， SUN J， JIANG Q X， et al. Spatial distribution characteristics and

influencing factors of organic matter in black soil region of the Songnen

Plain[J]. Journal of Northeast Agricultural University， 2019， 50（10）：

54-62.

[8] 白一君， 任春穎， 王宗明， 等. 松嫩平原西部農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)和全氮

的空間分布影響因素分析[J]. 湖南科技大學(xué)學(xué)報(bào)， 2015， 30（1）：

121-128. BAI Y J， REN C Y， WANG Z M， et al. Spatial variability

and influencing factors analysis of farmland soil organic matter and

total nitrogen in the west Songnen Plain[J]. Journal of Hunan University

of Science and Technology， 2015， 30（1）：121-128.

[9] 徐英德， 裴久渤， 李雙異， 等. 東北黑土地不同類型區(qū)主要特征及保

護(hù)利用對(duì)策[J]. 土壤通報(bào)， 2023， 54（2）：495-504. XU Y D， PEI J

B， LI S Y， et al. Main characteristics and utilization countermeasures

for black soils in different regions of northeast China[J]. Chinese

Journal of Soil Science， 2023， 54（2）：495-504.

[10] ZHANG L J， JIANG L Q， ZHANG X Z. Reconstruction of cropland

spatial patterns and its spatiotemporal changes over the 20th century

on the Songnen Plain， northeast China[J]. Journal of Geographical

Sciences， 2017， 27（10）：1209-1226.

[11] 黑龍江省土地管理局. 黑龍江土壤[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，

1992：58-94. Heilongjiang Provincial Bureau of Land Management.

Soil in Heilongjiang[M]. Beijing：China Agriculture Press， 1992：58-

94.

[12] 內(nèi)蒙古自治區(qū)土壤普查辦公室. 內(nèi)蒙古土壤[M]. 北京：科學(xué)出版

社， 1994：40-76. Inner Mongolia Autonomous Region Soil Census

Office. Soil in Inner Mongolia[M]. Beijing：Science Press， 1994：40-

76.

[13] 吉林省土壤肥料總站. 吉林土壤[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，

1998：30-54. Soil and Fertilizer General Station of Jilin Province.

Soil in Jilin[M]. Beijing：China Agricultural Press， 1998：30-54.

[14] 席承藩. 中國(guó)土壤[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社， 1987：878-934. XI

C F. Soils in China[M]. Beijing：China Agriculture Press， 1987：878-

934.

[15] 張鵬. 基于大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)的城市住宅地價(jià)分布模擬研究[D].

武漢：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)， 2023：45-68. ZHANG P. Modeling urban

residential land price distribution based on big data and machine

learning[D]. Wuhan：China University of Geosciences， 2023：45-68.

[16] 林珊珊， 吳玉斌. 中國(guó)區(qū)域碳生產(chǎn)率的空間特性及影響因素分析

[J]. 技術(shù)與創(chuàng)新管理， 2023， 44（3）：281-291. LIN S S， WU Y B.

Analysis of spatial characteristics and Influencing factors of regional

carbon productivity in China[J]. Technology and Innovation

Management， 2023， 44（3）：281-291.

[17] 袁文彬， 陳楨祿， 嚴(yán)錦申， 等. 清甜香型產(chǎn)區(qū)上部煙葉主要化學(xué)成

分與外觀質(zhì)量的關(guān)系研究[J]. 江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)， 2023， 35（1）：28-35.

YUAN W B， CHEN Z L， YAN J S， et al. Study on relationship

between main chemical components and appearance quality of upper

tobacco leaves in fresh-sweetness flavor type production area[J]. Acta

Agriculturea Jiangxi， 2023， 35（1）：28-35.

[18] 孫眉， 關(guān)軒軒. 一場(chǎng)黑土地的“增肥”之戰(zhàn)：東北地區(qū)秸稈處理行動(dòng)

推進(jìn)耕地保護(hù)紀(jì)實(shí)[N]. 農(nóng)民日?qǐng)?bào)， 2021-05-17（5 版）. SUN M，

GUAN X X. A battle of“fattening”in black soil：a documentary of

straw treatment actions in Northeast China to promote cultivated land

protection[N]. Farmers′ Daily， 2021-05-17（5th Edition）.

[19] 邱琛， 韓曉增， 陸欣春， 等. 東北黑土區(qū)玉米秸稈還田對(duì)土壤肥力

及作物產(chǎn)量的影響[J]. 土壤與作物， 2020， 9（3）：277-286. QIU S，

HAN X Z， LU X C， et al. Effects of maize straw incorporation on soil

fertility and crop production in in the black soil region of Northeast

China[J]. Soil and Crops， 2020， 9（3）：277-286.

[20] 宗瑾， 金日， 金雪梅， 等. 吉林省延邊州濕地土壤全氮空間分布及

驅(qū)動(dòng)力分析[J]. 北方園藝， 2023，（6）：62-70. ZONG J， JIN R， JIN

X M， et al. Spatial distribution and driving forces of total nitrogen in

wetland soil in Yanbian Prefecture， Jilin Province[J]. Northern

Horticulture， 2023，（6）：62-70.

[21] 李吉進(jìn)， 徐秋明， 倪小會(huì)， 等. 施用膨潤(rùn)土對(duì)土壤含水量和有機(jī)質(zhì)

含量的影響[J]. 華北農(nóng)學(xué)報(bào)， 2002， 17（2）：88-91. LI J J， XU Q M，

NI X H， et al. Effects of bentonite on content of soil water and soil

organic matter[J]. Acta Agriculturae Boreali-Sinica， 2002， 17（2）：88-

91.

[22] 孫福海， 肖波， 姚小萌， 等. 黃土高原生物結(jié)皮斥水性及其沿降水

梯度變化特征研究[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)， 2020， 51（7）：304-312. SUN

F H， XIAO B， YAO X M， et al. Effects of biocrust covering on soil

water repellency and its variations along precipitation gradient on

Chinese Loess Plateau[J]. Transactions of the Chinese Society for

Agricultural Machinery， 2020， 51（7）：304-312.

[23] 郭瑤， 柴強(qiáng)， 殷文， 等. 玉米密植光合生理機(jī)制及應(yīng)用途徑研究進(jìn)

展[J]. 作物學(xué)報(bào)， 2022， 48（8）：1871-1883. GUO Y， CHAI Q， YIN

W， et al. Research progress of photosynthetic physiological

mechanism and approaches to application in dense planting maize[J].

Acta Agronomica Sinica， 2022， 48（8）：1871-1883.

[24] 郭振勝， 張可意， 冀薇， 等. 園林廢棄物與污泥混合堆肥的理化性

質(zhì)變化規(guī)律研究[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2023， 51（20）：57-62. GUO Z

S， ZHANG K Y， JI W， et al. Study on changes of physicochemical

properties of co-composting of garden wast and sludge[J]. Journal of

Anhui Agricultural Sciences， 2023， 51（20）：57-62.

[25] 趙登良. 基于多源遙感的石灰?guī)r山地典型流域水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

技術(shù)研究[D]. 濟(jì)南：濟(jì)南大學(xué)， 2022：21-39. ZHAO D L. Research

on soil and water loss Dynamic monitoring technology of typical

watershed in limestone mountains based on multi - source remote

sensing[D]. Jinan：University of Jinan， 2022：21-39.

[26] 鄭天義. 秦巴山區(qū)西鄉(xiāng)盆地植被特征研究[D]. 楊凌：西北農(nóng)林科

技大學(xué)， 2022：41 - 45. ZHENG T Y. Study on vegetation

characteristics of Xixiang basin in Qinba Mountain area[D]. Yangling：

North West Agriculture and Forestry University， 2022：41-45.

[27] 孫建. 松嫩平原黑土區(qū)有機(jī)質(zhì)空間分布特征及影響因素[D]. 哈爾

濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2021：42 - 45. SUN J. Spatial distribution

characteristics and influencing factors of organic matter in black soil

region of Songnen Plain[D]. Harbin： Northeast Agricultural

University， 2021：42-45.

[28] WEI L， GE T D， ZHU Z K， et al. Comparing carbon and nitrogen

stocks in paddy and upland soils：accumulation， stabilization

mechanisms， and environmental drivers[J]. Geoderma， 2021， 398

（24）：66-128.

[29] 趙東鵬， 馬軍， 李?yuàn)檴櫍?等. 松花江佳木斯段北岸耕地水旱田土壤

要素指標(biāo)變遷[J]. 農(nóng)業(yè)與技術(shù)， 2017， 37（7）：11-12. ZHAO D P，

MA J， LI S S， et al. Changes of soil element indexes in cultivated land

and upland on the north bank of Jiamusi section of Songhua River[J].

Agriculture and Technology， 2017， 37（7）：11-12.