地理视角下土壤安全评估框架在葡萄种植区养分循环功能评价中的应用研究

为解决土壤功能变化评估缺乏基准参照的问题，研究人员基于土壤安全评估框架(SSAF)，在澳大利亚Hunter Valley葡萄酒产区开展土壤养分循环功能(phenosoil vs genosoil)状态评估研究。通过比较绝对差异和相对差异两种方法，结合实验室和MIR光谱数据集，发现相对差异法能更好反映土壤功能变化，且不同pedogenon对葡萄园管理的响应存在显著差异。该研究为土壤健康监测提供了新方法学支撑。

　　

随着全球土壤景观在人类活动影响下发生显著改变，准确评估土壤功能变化已成为可持续土地管理的关键挑战。传统土壤质量评估方法如土壤管理评估框架(SMAF)和综合土壤健康评估(CASH)存在明显局限——它们缺乏基准参照体系，难以量化土壤功能的变化程度。这一缺陷使得管理者无法判断特定管理措施究竟改善还是破坏了土壤功能，特别是在土壤异质性显著的地区。

澳大利亚新南威尔士大学的研究团队在《Soil Security》发表创新研究，通过整合pedogenon概念与土壤安全评估框架(SSAF)，建立了包含基准状态(genosoil)和现状(phenosoil)的双重评估体系。研究聚焦"土壤作为养分储存和调节器"功能，在澳大利亚最古老的葡萄酒产区Hunter Valley展开实证分析。

研究采用多技术融合方法：基于pedogenon地图对5种主要土壤类型(Stanleigh等)进行分层采样；结合实验室分析(包括pH、CEC、有机碳、Ti:Zr比等)与中红外光谱(MIR)预测；运用主成分分析(PCA)确定指标权重；创新性开发绝对差异和相对差异两种条件评估方法。通过比较两种方法在指标阶段和最终得分阶段的应用效果，系统评估了葡萄园管理对土壤养分循环功能的长期影响。

研究方法与数据分析

研究团队在Lower Hunter Valley选取42个采样点，采集genosoil和phenosoil样本至10cm深度。通过实验室测定和MIR预测获取6项关键指标：pH(1:5水)、阳离子交换容量(CEC)、有机碳(OC)、剩余养分供应(Ti:Zr比)、有机质分解率(Tea Bag Index)和呼吸速率。采用PCA确定各指标权重，分别构建实验室数据集和MIR数据集。

评估方法创新

研究提出两种条件评估方法：(1)绝对差异法：Δcondition=1+(Phenosoil_FinalUtility-Genosoil_FinalUtility)；(2)相对差异法：Δcondition=Phenosoil_FinalUtility/Genosoil_FinalUtility。通过比较两种方法在指标阶段和最终阶段的适用性，发现相对差异法能更好捕捉土壤功能变化梯度。

主要研究发现

1. 实验室数据一致性：两种方法在实验室数据集均显示Stanleigh和Marrowbone的phenosoil养分循环条件改善，而Wandin、Tamburlaine和Sandalyn呈现退化。相对差异法显示更显著的变化梯度。

2. MIR数据适用性：仅当相对差异法应用于指标阶段时，MIR结果与实验室数据吻合，突显光谱预测需要方法学适配。

3. 土壤类型特异性响应：占研究区主导的Stanleigh土壤表现出改善趋势(Δcondition=1.04-1.09)，而其他pedogenon响应各异，揭示不同土壤对相同管理的差异化韧性。

机制探讨

研究发现葡萄园长期管理(包括石灰施用、有机/无机肥、中耕等)可能通过增加表层粘土含量(图11)提升碳储存和微生物活性，从而改善养分循环功能。但这种现象可能掩盖了表层土壤侵蚀等潜在威胁，强调需要多功能综合评价。

该研究创新性地将pedogenon概念引入土壤安全评估，建立了基于基准状态的土壤功能变化量化方法。相对差异法的提出为土壤健康监测提供了更灵敏的工具，而关于MIR适用性的发现则为快速土壤评估技术发展指明方向。研究结果证实，即使在同一管理措施下，不同土壤类型(pedogenon)会表现出截然不同的功能响应，这对制定精准的土壤管理策略具有重要指导意义。未来需要扩展至其他土壤功能评估，并探索数字土壤制图等技术在土壤安全评估中的应用潜力。