东北黑土区耕地土壤颜色30年演变特征及其与有机碳的关联机制研究

针对长期耕作导致的土壤退化问题，研究人员通过1273份表土样本的Munsell颜色分析，结合Landsat遥感影像和土壤形成因子，构建了1990-2020年东北黑土区土壤颜色动态图谱。研究发现23.16%耕地出现土壤颜色负向变化（黑土色→非黑土色），且与土壤有机碳（SOC）下降（-1.45至-3.38 g kg?1）显著相关，为黑土保护政策制定提供了科学依据。

　　

东北黑土被誉为"耕地中的大熊猫"，其肥沃程度直接影响国家粮食安全。然而长期集约化耕作导致土壤退化，其中土壤颜色作为最直观的表征指标，与土壤有机碳（SOC）含量密切相关。过去30年间，东北黑土区经历了大规模开垦，但土壤颜色如何响应人类活动仍缺乏系统性研究。更关键的是，土壤颜色变化能否作为SOC动态的快速监测指标？这些问题对黑土保护政策的制定具有重大意义。

中国科学院东北地理与农业生态研究所（原文未明确机构，根据国内研究背景推断）的研究团队在《Solid Earth Sciences》发表最新成果，通过创新性结合Munsell颜色系统、Landsat遥感数据和数字土壤制图（DSM）技术，首次揭示了1990-2020年东北黑土区耕地土壤颜色的时空演变规律。研究采用逐步分类法构建土壤颜色预测模型，分类验证精度达0.61-0.72，平均色差仅1.60，并创新性地将7种Munsell颜色归类为黑土色与非黑土色两组，系统分析了四类转化模式。

关键技术包括：1) 采集1273份表土样本建立Munsell颜色数据库；2) 整合Landsat影像反射率与地形气候等32种环境协变量；3) 采用逐步分类法（hue-value-chroma顺序）进行土壤颜色制图；4) 结合历史开垦数据和SOC数据集验证颜色变化趋势。

主要结果

1. 土壤颜色时空分布特征
   研究发现东北黑土区耕地呈现7种10YR色系的Munsell颜色，以10YR4/2占比最高。制图结果显示黑龙江中部土壤颜色最深，与高SOC含量区高度吻合。

2. 长期耕作对颜色影响
   持续耕作30年的耕地中，23.16%发生黑土色向非黑土色的负向转变，且SOC下降1.45-3.38 g kg^?1；而保持黑土色的区域SOC增幅达7.4-11.68 g kg^?1。

3. 开垦年限的差异化影响
   林地转耕地导致黑土色比例下降最显著，开垦11-15年后黑土色比例每5年平均减少8.09%。颜色变化主要发生在色度（Chroma）维度，其次为明度（Value）。

讨论与意义
该研究首次量化了耕作活动对黑土颜色维度的影响机制：色度变化主导表明有机质氧化加速，而明度改变反映铁氧化物迁移。值得注意的是，土壤颜色与SOC的强相关性（R²=0.82）证实其可作为SOC流失的早期预警指标。研究建议将土壤颜色监测纳入黑土保护体系，尤其在森林转耕地区域需实施有机肥补偿政策。

这项成果不仅为东北黑土保护提供了新技术路径（基于遥感+颜色快速评估SOC），其逐步分类法更为全球土壤颜色制图提供了新范式。未来研究可结合高光谱技术提升色度分辨率，或将该方法推广至热带土壤退化监测。论文数据已通过Figshare平台开源，助推全球土壤健康研究。