《Journal of Environmental Management》：Defining soil geochemical domains for terroir microzonation and sustainable, climate-resilient vineyard management
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气候变化正在加剧葡萄园的干旱并改变养分动态，然而单一风土内的管理仍大体统一，忽视了控制水分与养分供应的土壤地球化学异质性。因此，绘制这种异质性是一项紧迫但未被充分探索的需求。本研究引入一套可重复的工作流，从既有地球化学数据界定土壤地球化学域，并将其与土壤质量关
气候变化正在加剧葡萄园的干旱并改变养分动态，然而单一风土内的管理仍大体统一，忽视了控制水分与养分供应的土壤地球化学异质性。因此，绘制这种异质性是一项紧迫但未被充分探索的需求。本研究引入一套可重复的工作流，从既有地球化学数据界定土壤地球化学域，并将其与土壤质量关联，把静态数据库转化为意大利南部知名优质葡萄酒产区Taurasi风土中面向地块尺度葡萄园管理的可操作工具。对102个表土样品（10种元素）应用组分数据分析、稳健主成分分析（rPCA）和K均值聚类识别域，并用泰森多边形（Thiessen polygons）制图。同点新采样品提供pH、有机碳和粒度数据，整合进加权土壤质量指数（SQI）。识别出三个域：碳酸盐域（占样品49%；132 km2）、火山域（39%；109.4 km2）和风化域（12%；33.3 km2）。火山土有机碳（中位3.51%）、K（13400 mg/kg）、P（1205 mg/kg）和B（16 mg/kg）最高，质地粗，pH近最优（中位6.68），SQI最高（中位0.40）。碳酸盐土虽Ca高（60600 mg/kg），但碱性pH（中位8.07）限制P和K有效性（SQI 0.22）；风化土贫养细质（SQI 0.18）。差异意味着各域潜在养分供应与抗旱韧性不同。研究人员结论：制图地球化学域是可持续葡萄栽培基础工具，建议优先在火山土种新园，以减施化肥并缓解气候变化下水分胁迫。
研究背景与问题提出
土壤作为非可再生资源，是农业生产力与水分存储基础，在葡萄栽培中，土壤地球化学与立地共同塑造葡萄酒感官特征，这一起源—属性关系即风土（terroir）概念。同一风土内气候地形变化小，但土壤理化性质空间变异性强，产生不同葡萄酒轮廓。尽管已知纹理与养分可用性影响藤蔓生长与酒质，单个风土内部土壤地球化学异质性很少被详细制图，既有区域地球化学数据库也极少用于支持局部养分与水分管理。该研究创新在于复用既有地球化学数据集，补充新测pH、有机碳和粒度，结合组分与机器学习分析，界定地球化学域及其与土壤质量定量关系，为风土微区划提供可转移且低成本基础。研究区选意大利南部Taurasi风土（约275 km2，17市镇，Aglianico葡萄为主），其虽气候地形均一，但火山碎屑、碳酸盐岩和沉积序列交互导致显著土壤组成异质，此前详细地球化学分布不明。研究人员假设母质与风化度共同控制元素组成、纹理、pH和有机碳的空间共变，从而可将Taurasi土壤划分为养分供应、水力行为与土壤质量显著差异的地球化学域，并存在一个最利于气候变更下可持续优质栽培的域。
关键方法概述
研究人员从Campania Trasparente项目区域表土库（7300样/52元素ICP-MS/OES）中，按远离人为污染源筛选102个Taurasi表土样（0–20 cm，<2 mm，含Al、Ca、Fe、K、Mg、Na、P、B、Mn、Zn），仅用这些地球化学变量做聚类；同点新采102样测粒度（干筛+沉降）、pH（电位法1:2.5水悬）、有机碳（Walkley–Black）。界定域采用组分数据分析（CoDA）做ilr坐标转换，接稳健主成分分析（rPCA）与K均值聚类（NbClust定k=3），泰森多边形空间化。土壤质量用最小数据集（MDS）加权加性指数（SQI），指标为有机碳（权0.35）、pH（0.25）、P（0.15）、K（0.15）、Ca（0.05）、Mg（0.05），非线性评分（更多越好或最优pH 5.5–7.0），聚合得SQI。
研究结果
3.1 土壤化学与粒度特征
102样统计显示Na、Ca、P、K、Al的稳健变异系数（rCV）超40%，SOC、黏粒、砂粒rCV亦高（46%、36%、32%），pH变异最低（rCV 9%），证实多自然背景群体共存。
3.2 地球化学域识别
rPCA前二轴释差88.2%（Dim1 77.3%、Dim2 10.9%）。K均值分三簇：簇1富Ca为碳酸盐域；簇2低迁移元素Na/K/Ca、富滞留Al/Fe/Mn为风化域；簇3富Na/K为火山域。Kruskal-Wallis检验Al、Ca、K、Na、B、P域间显著（p<0.05）。碳酸盐域Ca中位60600 mg/kg，火山域K中位13400 mg/kg、Na中位2866 mg/kg，火山域B中位16 mg/kg、P中位1205 mg/kg均为最高。
3.3 各域pH、有机碳与质地
pH、SOC、砂、黏域间显著（p<0.05），粉砂不显著。火山域质地最粗（46%壤土、43%砂壤、11%黏壤），pH中位6.68，SOC中位3.51%；碳酸盐域细（48%黏壤），pH中位8.07，SOC中位1.63%；风化域最细（34%黏土），pH中位7.51，SOC中位1.18%。
3.4 域空间分布与SQI
碳酸盐域132 km2（49%样），火山域109.4 km2（39%），风化域33.3 km2（12%）。SQI中位火山0.40、碳酸盐0.22、风化0.18（p<0.05）。IDW插值高值集中于火山域，该域现仅承载Taurasi葡萄园17.1 km2中的32.9%，而碳酸盐41.7%、风化25.4%；火山域内分布有Quintodecimo、Antonio Caggiano等获奖酒庄。
讨论与结论翻译
讨论指出，高rCV与偏度印证多土壤群体，砂土与黏土对气候胁迫响应迥异（砂土导水率高、春暖早花；黏土保水但易压实）。母质（火山碎屑富K/Na/Fe/P/B，碳酸盐岩富Ca/Mg/Sr，黏土—泥灰岩贡献Mn/Ni/Co/Fe但缺K/Na/P）与风化强度共同塑造域特征。碳酸盐土高pH缓冲致P/K生物有效性低，高交换性Ca拮抗Mg/K吸收；火山土粗质地+近中性pH+高SOC协同提升养分供应与抗旱韧性。研究人员结论：制图地球化学域是可持续葡萄栽培基础工具，Taurasi火山域在养分供应与干旱韧性上组合最优，建议未来新园优先布局火山域以减少化肥投入并缓解气候变化下水分胁迫，该工作流可迁移至其他风土微区划。论文发表于《Journal of Environmental Management》。
