从化肥到水资源：受盐分影响的沿海三角洲地区土壤质量驱动因素的十年变化

《Land Degradation & Development》：From Fertilizer to Water: A Decadal Shift in Soil Quality Drivers in Salt-Affected Coastal Deltas

滨海盐碱地土壤质量评估与驱动机制研究

　　

摘要

沿海三角洲的盐碱化问题威胁着全球近10%的人口的食物安全。准确评估土壤质量，并结合长期时空动态及驱动机制的特征分析，为制定土壤改良策略和提高农业生产力提供了科学依据。然而，传统的评估框架往往忽视了沿海盐碱环境的独特土壤学特性。本研究聚焦于黄河三角洲的盐碱化农田，整合了2010至2020年代在8000平方公里范围内收集的8856个多源数据点（包括土壤、地下水、气候和管理变量）。我们开发了一个可扩展的、针对特定地区的沿海三角洲土壤质量评估框架，该框架结合了基于主成分分析（PCA）的最小数据集（MDS）、模糊逻辑土壤质量指数（SQI）以及使用XGBoost和Shapley值的可解释机器学习模型。结果显示，2010年代的SQI值在0.19至0.80之间，而2020年代上升至0.27至0.81之间。地下水深度的变化（40.8%）、氮肥施用量的变化（30.7%）、与黄河的距离（12.6%）以及标准化降水蒸散指数的变化（11.2%）被确定为SQI改善的主要驱动因素。研究还观察到从以肥料为主导的管理方式（2010年代）向以综合水资源管理为主导的方式（2020年代）的转变，这凸显了综合水资源管理日益重要的影响。这些发现强调了综合水肥管理的关键作用，并呼吁采取针对性策略，包括加强地下水监测和精准灌溉。我们的框架为全球受盐碱影响的沿海农业生态系统的土壤质量监测与改善提供了一种可扩展的方法。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。

数据可用性声明

DEM数据来源于中国数字高程模型（DEM）空间数据集（http://www.geodata.cn），坡度数据由DEM计算得出。SPEI数据来自张等人（2025）开发的中国大陆高分辨率多指标干旱洪水数据集CHM_Drought，并通过Zenodo平台提供（https://doi.org/10.5281/zenodo.14634773）。NDVI数据来自王等人开发的中国月度平均生长季NDVI数据集，由国家生态系统科学数据中心提供（https://cstr.cn/15732.11.ecodb.00048）。年度氮肥施用量数据来源于东营统计年鉴（http://www.dongying.gov.cn/）。2010至2020年代的地下水深度数据来自中国地质环境监测地下水年鉴。如需土壤实验数据和年鉴数据，可联系作者获取。请与相应作者联系。