東北地理所在東北風(fēng)蝕區(qū)土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)方面取得進(jìn)展
了解土地利用類型對(duì)土壤質(zhì)量和功能的影響對(duì)于在特定地區(qū)采用合適的農(nóng)業(yè)管理做法至關(guān)重要。主成分分析（PCA）是一種常用的統(tǒng)計(jì)方法，廣泛用于選擇MDS指標(biāo)。然而，PCA有時(shí)并不能充分揭示在不同土地利用條件下土壤質(zhì)量變化的全部關(guān)鍵因素。網(wǎng)絡(luò)分析（Network Analysis，NA）是一種新穎的統(tǒng)計(jì)技術(shù)，可利用圖形可視化展示各土壤指標(biāo)間的關(guān)系，不僅能夠確定每個(gè)指標(biāo)的重要性，還能揭示土壤指標(biāo)間的復(fù)雜性與相互作用。然而，對(duì)于NA方法在土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)中的應(yīng)用及其與PCA的比較探討在國(guó)內(nèi)外還鮮有研究。
本研究通過(guò)NA和PCA法量化土壤質(zhì)量指數(shù)（Soil Quality Index，SQI），以探究土地利用類型（農(nóng)田、林地和草地）對(duì)中國(guó)東北風(fēng)蝕區(qū)（通遼的科爾沁沙地和齊齊哈爾的松嫩沙地）的SQI的影響。為了選擇最小數(shù)據(jù)集（MDS），共測(cè)量了27個(gè)土壤物理、化學(xué)和生物性質(zhì)，并使用加法、加權(quán)方法以及線性、非線性評(píng)分函數(shù)在兩個(gè)研究地點(diǎn)各確定了8組SQI值。
結(jié)果表明，土地利用對(duì)中國(guó)東北風(fēng)蝕地區(qū)的土壤質(zhì)量有顯著影響，土壤質(zhì)量指數(shù)按遞減順序排序?yàn)榱值?/span>>草地>農(nóng)田（圖1）。網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)果顯示，通過(guò)NA方法獲得的MDS指標(biāo)數(shù)量更少，但NA通過(guò)識(shí)別生物指標(biāo)提高了指標(biāo)貢獻(xiàn)率，但可為土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)提供更敏感而有效的信息增加了MDS的全面性。且NA計(jì)算簡(jiǎn)單，不需要滿足參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析假設(shè)的正態(tài)分布數(shù)據(jù)。另一方面，NA方法使用更穩(wěn)健的斯皮爾曼相關(guān)分析，降低了變量間網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。NA和PCA法都選擇了土壤有機(jī)碳（通遼）和飽和含水量（齊齊哈爾），被認(rèn)為是對(duì)土地利用類型響應(yīng)最敏感的土壤質(zhì)量指標(biāo)（圖2）。NA計(jì)算的SQI的土壤敏感性指數(shù)（1.34 ~ 2.02）高于PCA（1.30 ~ 1.80）。因此，作為一種簡(jiǎn)單而穩(wěn)定的工具，NA在計(jì)算SQI方面比PCA更有效，并且更好地區(qū)分不同土地利用土壤質(zhì)量的變化。具體而言，考慮到根據(jù)網(wǎng)絡(luò)分析方法的非線性函數(shù)和加權(quán)法整合得出的SQI在不同土地利用方式之間的差異更明顯，變異性更大，更能敏感地反映出土地利用變化的影響，因此SQINA-wnl擬用于中國(guó)東北風(fēng)蝕區(qū)不同土地利用下土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)。本研究可為不同土地利用類型的土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)體系提供科學(xué)依據(jù)，幫助確定最具敏感性的指標(biāo)與最優(yōu)的分析方法。
圖1 通過(guò)主成分分析（PCA）和網(wǎng)絡(luò)分析（NA），采用線性（l）或非線性評(píng)分法（nl），以及加法（a）或加權(quán)（w）法整合，得出農(nóng)田、林地和草地的土壤質(zhì)量指數(shù)（SQI）。
圖2 通遼（a）和齊齊哈爾（b）的網(wǎng)絡(luò)圖（P< 0.05）。Gephi軟件識(shí)別出的模塊M1、M2和M3用不同顏色表示。綠線表示正相關(guān)，紅線表示負(fù)相關(guān)。
相關(guān)研究成果發(fā)表在農(nóng)林科學(xué)國(guó)際期刊Soil and Tillage Research（中科院1區(qū)Top）上。東北地理所聯(lián)合培養(yǎng)博士生高明為論文第一作者，李猛高級(jí)工程師為通訊作者。研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2021YFD1500702和2021YFD1500801）聯(lián)合資助。
論文信息：
Ming Gao,Wei Hu,Meng Li*,Shuli Wang,Lin Chu. Network analysis was effective in establishing the soil quality index and differentiated among changes in land-use type. Soil & Tillage Research,2025,246,106352.
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.still.2024.106352
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