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Distribution Characteristics of Soil Fertility and Its Driving Factors in Millet Production Area of Hebei Province
TANGRui, ZHAOXu, FENGQian, MENGJinwei, WANGZheng, LIUKetong
Chin Agric Sci Bull ›› 2025, Vol. 41 ›› Issue (14) : 61-67.
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Abbreviation (ISO4): Chin Agric Sci Bull
Editor in chief: Yulong YIN
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Distribution Characteristics of Soil Fertility and Its Driving Factors in Millet Production Area of Hebei Province
The aim was to clarify the distribution characteristics and driving factors of soil fertility in the production area of millet in Hebei Province, and provide a theoretical basis for the practice of millet production. This study was based on the data of cultivated land quality evaluation monitoring points in Hebei Province, the modified Nemerow index method was used to calculate the soil fertility index, and the main driving factors of soil fertility index were evaluated according to the random forest results. The analysis of variance showed that the average values of total nitrogen, organic matter, available phosphorus, available potassium and pH were 1.15 g/kg, 19.55 g/kg, 34.47 mg/kg, 165.56 mg/kg and pH 7.64, respectively. The contents of total nitrogen, organic matter, available potassium and pH were the highest in southern Hebei, which were 1.28 g/kg, 21.44 g/kg, 197.2 mg/kg and pH 8.14, respectively, and the available phosphorus content was the highest in eastern Hebei (67.16 mg/kg). The average soil fertility index of the main millet producing areas in Hebei Province was 1.21, with the primary driving factors ranking as available phosphorus>available potassium>pH>organic matter>total nitrogen. From the perspective of spatial distribution, the fourth and fifthgrade cultivated lands were predominantly located in northern and eastern Hebei, and the thirdgrade and above cultivated lands were mainly distributed in central and southern Hebei. The soil fertility index in eastern Hebei region was most strongly influenced by available potassium, whereas in southern, northern and central Hebei, it was primarily driven by available phosphorus. Correlation analysis showed that there was a significant positive correlation between total nitrogen, organic matter, available phosphorus and available potassium, and all of them were significantly positively correlated with soil fertility index. pH value was significantly negatively correlated with available phosphorus, and positively correlated with available potassium and elevation. There was a significant positive correlation between elevation and available potassium. The soil fertility in Hebei millet production area was at the upper middle level, but there were distribution differences, and there was great potential for improvement. The cultivated land of grade 3 (IFI=1.2~1.5) and above accounted for 49.46% of the total area, exhibiting a trend of lower fertility in the northwest and higher fertility in the southeast. On the whole, the available nutrients (available potassium and available phosphorus) had a stronger driving effect on soil fertility index than total nutrients, but the relationship between fertility index, nutrient content and millet yield remain unclear, necessitating further indepth research through regional experiments in the future.
cultivated land / nutrient / Nemerow index method / Kriging interpolation / Hebei millet production area / soil fertility index / random forest model / driving factors / spatial distribution
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【目的】探明褐土区典型县域耕地土壤肥力时空演变特征及主控因素，为合理施肥及土壤培肥提供科学依据。【方法】基于山西省寿阳县1983、2007和2017年的土壤肥力（包括土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾含量和pH值）数据，采用内梅罗指数法计算土壤肥力综合指数；通过随机森林（RF）方法定量土壤肥力演变的主控因素；利用GIS和地统计学相结合的方法，确定土壤肥力综合指数及其主控因素的时空演变特征和分布格局。【结果】（1）1983—2017年间寿阳县耕地土壤肥力水平总体呈上升趋势，肥力综合指数由1.16增至1.42，增加了0.26。土壤肥力指标变化具有明显的阶段性，1983—2007年，有机质、全氮和速效钾增幅明显，年均增加量分别为0.09 g·kg<sup>-1</sup>、0.0021 g·kg<sup>-1</sup>和1.61 mg·kg<sup>-1</sup>，而有效磷增幅不显著；2007—2017年，有机质、全氮和有效磷增幅明显，年均增加量分别为0.20 g·kg<sup>-1</sup>、0.01 g·kg<sup>-1</sup>、0.24 mg·kg<sup>-1</sup>，而速效钾增幅不显著。（2）RF分析结果显示，1983年寿阳县耕地土壤肥力的主控因素为全氮和有机质，贡献率分别为75.3%和17.8%；2007年土壤肥力的主控因素则为速效钾、有效磷和全氮，贡献率分别为31.8%、27.1%和26.8%；2017年变为全氮、速效钾和有效磷，贡献率分别为31.8%、27.1%和26.8%。（3）寿阳县耕地土壤肥力主控因素的变化存在显著的空间差异特征。1983—2007年，全域土壤有机质整体呈现增加趋势；全氮除在西北部和中部降低外，在其他区域均呈增加趋势；有效磷则呈现北部降低、南部增加的变化特征；速效钾在全域呈增加趋势。2007—2017年，有机质在东南部增加较快，其他区域增加较慢；全氮则呈现在县域中部减少、其他区域增加的变化趋势；有效磷在县域东部下降，其他区域上升；速效钾则呈现在东部和西部下降、中部上升的空间变化特征。【结论】34年以来，寿阳县耕地土壤肥力总体呈上升趋势，有机质、全氮、有效磷和速效钾是影响土壤肥力演变的主控因素，有机质、全氮和有效磷在南部增长较快，速效钾则在东部增长较快。未来建议寿阳县采取全区尤其是中部增氮，全区稳磷控钾的养分调控策略。
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当前我国耕地面临粮食保障与耕地严重撂荒、耕地保护与普遍“占优补劣”、农产品安全与土壤环境污染等诸多现实矛盾,针对新问题的耕地质量评价工作亟待开展。本文在梳理现有耕地质量评价研究的基础上,探讨了耕地质量的内涵及概念;总结了针对农业生产能力、耕地潜力、土地适宜性、土壤及环境质量、可持续利用、分等定级等的耕地质量评价方法;综述了已有研究在国家、区域、地块三个尺度的进展;提出了耕地质量评价重点转移、结合农户视角的综合评价、时空变化监测网络构建以及基于地理信息系统（GIS）和遥感（RS）的标准化评价四个发展方向,以期为耕地质量评价理论提升及实践应用提供新的思路。
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施用磷肥是调节土壤有效磷和农作物获得高产的重要手段,因此区域土壤有效磷状况可在较长时间尺度上反映该地区磷肥施用的合理性。本研究以浙江省为例,通过对2015—2020年土壤有效磷测定结果的统计分析,研讨了农田土壤有效磷的变化与空间分异特点,剖析了磷肥施用中存在的问题,并提出了对策建议。从土壤有效磷平均水平来看,浙江省农田土壤有效磷显著地提高,总体提高幅度约85.0%;但省内不同地区农田土壤有效磷分布极不平衡,无论是大的空间尺度还是小的空间尺度中,农田土壤有效磷均呈现显著的空间异质性。土壤有效磷数据呈偏态分布,体现在有效磷含量为10~30 mg/kg的土壤占比过低、有效磷缺乏(<10 mg/kg)的占比过高,并存在一定比例的农田有效磷过度积累问题(>50 mg/kg)。究其原因是许多地区在磷肥施用上重经济作物、轻粮食作物,复合肥料的推行在一定程度上加剧了这种趋势。地貌、土壤质地和土壤类型对土壤有效磷水平也有一定的影响。分析认为,在磷肥施用上需强化测土配方工作,并基于土壤有效磷水平实行分类施磷。结果也表明,几何平均比算术平均更能体现区域有效磷的真实情况。
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【目的】研究氮、磷、钾施肥量和施肥位置对杂交谷子干物质累积、转化和产量的影响,为杂交谷子高产高效种植和研发轻简化栽培技术提供理论依据。【方法】 试验于2016—2017年在山西中部太谷县的山西农业大学创新园区进行,以张杂谷10号为试验材料,选择氮、磷、钾施用量、施肥水平距离和施肥深度5个因素,采用五因素五水平二次回归正交旋转组合设计,进行地膜覆盖田间小区试验。所有肥料全部作为底肥,氮肥为含46%N的尿素,磷肥为含16%P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>的过磷酸钙,钾肥为含50%K<sub>2</sub>O的硫酸钾。在谷子拔节、抽穗、开花、成熟期取有代表性的3穴植株用于测定干物质积累量,10月上旬收获,脱粒风干后称重、计产,用以研究施肥量和施肥位置对谷子不同生育时期干物质累积、转运和产量的影响。【结果】 （1）较高的产量水平需要较高的氮、磷、钾供肥水平,且磷钾比例相对较高。（2）对谷子干物质累积的影响依次为氮>磷>钾>施肥水平距离>施肥深度;对谷子干物质转运的影响依次为钾>施肥深度>磷>氮>施肥水平距离,对谷子产量的影响依次为氮>磷>钾>施肥深度>施肥水平距离。（3）氮、磷对谷子各个时期干物质累积均有极显著影响,营养生长阶段氮磷交互作用为负,生殖生长阶段氮磷交互作用为正。（4）随着生育时期的推移,钾、施肥水平距离、施肥深度对干物质累积的影响由负变正,且影响程度不断增大,最佳施肥位置与播种位置的距离先增大后减小。（5）5个因素与不同生育时期干物质累积、转运和产量的回归关系极显著,拟合程度较高,可用于实际生产预测。【结论】 山西省中部地膜覆盖条件下,张杂谷10号产量大于8 000 kg·hm <sup>-2</sup>的各因素取值的95%置信区间为施肥水平距离16.80—18.75 cm、施肥深度20.80—23.75 cm、施N 225 kg·hm <sup>-2</sup>、施P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>136.35—153.63 kg·hm <sup>-2</sup>、施K<sub>2</sub>O 93.56—108.63 kg·hm <sup>-2</sup>。
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