精准农业新突破：伊朗干旱平原土壤管理分区研究助力可持续发展

为解决土壤退化威胁农业可持续性问题，研究人员在伊朗开展土壤管理分区研究，划分出 7 个 MZs，助力农业可持续发展。

　　# 干旱平原土壤管理分区研究：精准农业的新希望
在广袤的大地上，土壤是农业生产的根基，然而土壤退化却成为了全球农业可持续发展道路上的 “拦路虎”。不合理的农业活动，如过度使用化肥、农药，以及忽视土壤空间差异的种植方式，使得土壤质量不断下降。这不仅影响农作物的产量和质量，还对全球粮食安全构成了严重威胁。尤其是在干旱和半干旱地区，土壤退化问题更为突出，当地的农业发展和居民生活面临着巨大挑战。

在这样的背景下，来自多个国家研究机构的研究人员，包括伊朗、特立尼达和多巴哥、美国、土耳其等，聚焦伊朗东北部的马什哈德平原（Mashhad Plain）展开了深入研究。这片平原面积达 3530 km2，长期遭受土壤退化的困扰，当地的农业生产受到极大限制，粮食安全问题日益严峻。研究人员希望通过探索土壤的奥秘，找到更科学合理的土壤管理方法，实现农业的可持续发展，这一研究成果发表在了《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》上。

研究人员采用了多种先进的技术方法。首先，他们通过分层随机抽样技术，选取了 48 个具有代表性的土壤剖面，采集了表层（0 - 30 cm）土壤样本。随后，对这些样本的多种理化性质进行了分析，包括土壤质地、容重、pH 值、电导率（EC）、有机碳（SOC）、阳离子交换容量（CEC）等。为了进一步探究土壤的空间分布特征，研究人员运用了普通克里金法（OK）进行空间插值，利用主成分分析（PCA）来降低数据维度、识别土壤性质的主要变化来源，最后借助模糊 k - 均值聚类算法对管理区（MZs）进行划分。

研究结果

1. 土壤性质的变异性：研究发现，马什哈德平原的土壤性质存在显著差异，变异系数（CV）范围为 2% - 83%。除了 pH 值，大部分理化性质呈现出中等（25% cv ="" 75%）到高（cv="" 75%）的变异性。例如，EC、SOC、CEC 等指标的变异程度较高，这表明该地区土壤性质的空间分布不均匀，需要因地制宜地进行管理。
2. 土壤性质的相关性：通过皮尔逊相关系数分析，发现大部分土壤性质之间存在显著相关性，但部分相关性较弱。其中，容重与其他土壤性质的强相关性最多，CEC 和粉粒的正相关性最强（r = 0.96），CEC 与砂粒、黏土与容重的负相关性最强（r = -0.94）。
3. 土壤性质的空间变异：半方差图分析表明，研究区域内土壤性质未呈现各向异性。16 个变量中，10 个变量（如粉粒、CaCO₃、EC 等）最适合用指数模型拟合，5 个变量（如 pH 值、砂粒等）适合用球形模型拟合。不同土壤性质的空间自相关程度不同，粉粒、CEC、SOC 等具有较强的空间依赖性，而 pH 值、黏土、有效磷等空间依赖性较弱。通过 OK 插值生成的预测图和方差图显示，土壤性质在不同区域存在明显差异，如北部和中部地区的砂粒、pH 值等含量较高，而东部和南部地区较低。
4. 多变量分析：聚类分析将土壤性质分为两个主要组，PCA 提取出的前六个主成分解释了总方差的 82.9%。非度量多维标度（NMDS）分析显示，所有参数都集中在相似的原点，表明土壤性质之间存在一定的内在联系。
5. 管理区划分及意义：研究最终划分出 7 个管理区（MZs），这些管理区与土壤质地和海拔相关，但与土地利用类型无关。不同管理区的土壤性质差异显著，例如 MZ1 需要更多的钾肥和有机改良剂，而 MZ4 则几乎不需要钾肥。MZ5 和 MZ6 的 EC 值超过了大多数作物的耐受水平，需要采用特殊的管理措施，如使用低盐指数肥料、优质灌溉水，种植耐盐作物等。

研究结论与讨论

该研究成功地在马什哈德平原划分出 7 个管理区，为精准农业提供了重要的实践指导。通过明确不同管理区的土壤特性和需求，农民可以更精准地投入资源，提高农业生产效率，减少资源浪费和环境污染。同时，研究发现土壤有机碳（SOC）含量与土地利用和人类活动密切相关，了解不同区域的 SOC 水平有助于制定合理的策略，在提高作物产量的同时，增强土壤的碳固存能力，为应对气候变化做出贡献。

然而，研究也存在一定的局限性。样本量和采样技术可能无法完全代表研究区域的土壤和景观条件，传统的 PCA 方法在生成 MZs 时可能忽略了测量值的空间模式。未来的研究可以考虑采用更先进的统计技术，结合更多的数字信息来源，如开放获取的地球观测数据和人工智能解决方案，提高管理区划分的准确性和可靠性。

总的来说，这项研究为干旱和半干旱地区的土壤管理提供了宝贵的经验和参考，为实现可持续农业和保障粮食安全奠定了坚实的基础。它不仅有助于当地农民改善土壤质量、提高农作物产量，还为全球范围内的土壤研究和精准农业发展提供了新思路和方法。