中国烟草种植区土壤有机碳变异的关键驱动因素与生态学解析

本文系统研究了辽河平原多尺度耕地质量(CLQ)评估的尺度效应，通过综合运用变异系数(CV)、综合指数法、空间自相关(SA)和随机森林(RF)等方法，揭示了评估单元尺度（流域WS、县域CS、村域VS和田块FS）与地理尺度交互作用下CLQ的空间分异规律。研究发现：评估单元尺度扩大导致单元间变异减小而单元内变异增大；降水是WS主导因子，土壤条件是CS关键因素，立地条件在VS起核心作用。该研究为FAO粮食安全目标下的多尺度耕地精准改良提供了理论支撑。

　　

Highlight

研究亮点

• 首次系统量化评估单元尺度（田块FS至流域WS）与地理尺度对耕地质量(CLQ)评估的交互影响

• 揭示"尺度放大→单元间变异↓/单元内变异↑"的核心规律，构建多尺度普适性评估指标体系

• 识别降水(WS)、土壤属性(CS)、立地条件(VS)的尺度特异性驱动机制

Scaling effects of CLQ assessing indicators

CLQ评估指标的尺度效应

图5展示了WS尺度下指标的空间变异性。随着评估单元尺度增大，坡度、道路密度(RD)等13项立地指标与土壤深度(SD)、速效磷(AP)等13项土壤指标的单元间空间变异逐渐降低，而高程(DEM)等9项立地指标与粘粒含量等11项土壤指标的单元内变异显著增强。这种"尺度选择效应"导致田块尺度(FS)的CLQ评级范围(3-6级)比流域尺度(WS)的2-8级更集中，证实精细尺度更能解析局部异质性。

The reliability of index in the process of CLQ assessment

CLQ评估过程中指标的可靠性

通过筛选64项候选指标中的33项关键因子（涵盖气候条件、剖面形态等7大类），构建了兼顾特异性和普适性的多尺度评估系统。随机森林(RF)显示：WS尺度降水贡献率达38.7%，CS尺度土壤阳离子交换量(CEC)权重达27.4%，而VS尺度田块破碎度(FRAC)成为主导因子(21.9%)。这种"生态位替代"现象表明，不同尺度需采用差异化的耕地管护策略。

Conclusions

结论

本研究创新性地提出"三维尺度分析框架"（评估单元×地理尺度×指标类型），发现：

1. 田块尺度(FS)评估能捕捉82.6%的局部变异，而流域尺度(WS)更适合识别宏观格局

2. 土壤健康指标（如有机质SOM）具有跨尺度稳定性，而地形因子仅在微尺度显著

3. 多源数据融合可降低23.4%的尺度效应误差，为精准农业决策提供新范式