土壤質量與特色農業(yè)大數(shù)據(jù)方法研究
——以洛陽市洛龍區(qū)為例

王振生 WANG Zhen-sheng；劉文毅 LIU Wen-yi

（河南省有色金屬地質礦產(chǎn)局第七地質大隊，鄭州 450016）

0 引言

農業(yè)是第一產(chǎn)業(yè)，也是國民經(jīng)濟的基礎。隨著科技的發(fā)展，農業(yè)信息化建設在國家發(fā)展過程中的重要性逐漸突顯（趙春江，2021；寧紀瑞，2021；郭二秀，2018）。農業(yè)數(shù)據(jù)來源廣泛、類型多樣、結構復雜、時效性強，易受氣候、環(huán)境等因素的影響，隨著時間的變化而表現(xiàn)出不同的特征，通過及時獲取不同時點不同特征的農業(yè)數(shù)據(jù)并加以合理的處理利用，可以有效推動我國農業(yè)發(fā)展，維護國家糧食安全（王恩杰，2021；肖業(yè)清和李勝軍，2021；張博等，2021）。

洛陽市洛龍區(qū)作為古都洛陽的主城區(qū)之一，地處洛陽斷陷盆地東南，大地構造位置屬于華北地臺南緣，絕大部分范圍被新生帶沉積物所覆，地勢西北高、東南低，呈簸箕形開口盆地狀，氣候上位于暖溫帶南緣向北亞熱帶過渡地帶。洛龍區(qū)地理條件優(yōu)越，農業(yè)區(qū)位優(yōu)勢明顯，地域的多樣性和氣候特點為其發(fā)展特色農業(yè)提供了得天獨厚的資源和條件（郭振林等，2020；劉朝等，2020）。豐富的農業(yè)資源也為洛龍區(qū)大力發(fā)展綠色、特色農產(chǎn)品加工業(yè)提供了可靠的原材料保障。

1 研究區(qū)概況

位于河南省洛陽市東南部，北靠邙山，南望伊闕，東接中岳，西倚周山，在行政區(qū)劃上，洛龍區(qū)分別與東側偃師區(qū)、西側宜陽縣和澗西區(qū)、南側伊川縣，北側孟津區(qū)、瀍河回族區(qū)、老城區(qū)、西工區(qū)等各縣區(qū)相鄰。總面積211平方千米，其中農用地面積90.19平方千米。

研究區(qū)地處斷陷堆積盆地現(xiàn)代河床之中，絕大部分范圍被新生帶沉積物所覆蓋。第四紀前基巖分布情況如下：南部丘陵山區(qū)，龍門一帶，有殘缺不全的古生代基巖出露，并呈東西走向，以緩傾角（15°～35°）向北傾斜；在西部的秦嶺頂部有零星出露，其它多是第四紀松散巖層。研究區(qū)地層屬華北地層區(qū)豫西分區(qū)嵩箕小區(qū)（澠臨臺坳則屬于華北地層區(qū)豫西分區(qū)澠池-確山小區(qū)）。區(qū)內地層具有典型的雙層結構，分為基底和蓋層兩部分，基底部分主要由太古宇中深變質巖和古元古界嵩山群組成，巖性以片麻巖、片巖、石英巖、石英砂巖及少量泥巖、碳酸鹽巖等為主（薛海濤等，2009）。蓋層部分自下而上依次為中元古界汝陽群和新元古界洛峪群、下古生界寒武系、奧陶系，上古生界石炭系、二疊系及中生界三疊系，新生界古近系、新近系和第四系。

研究區(qū)構造較為發(fā)育，其中北部有嵩山背斜，南部有萁山隆起，西部有高山背斜和白楊向斜。區(qū)域上早期東西向斷層規(guī)模較大的有東部的月灣斷層、西部的錦屏山斷層等，北西向斷層為剪切平移斷層，斷面近直立，在地表呈直線狀，切割了早期形成的近東西向構造（陳旺，2009）。規(guī)模較大的有東部的五指嶺斷層、嵩山斷層，中部的龍門—呂店斷層，西部的羅村斷層和殷橋斷層等，其性質多為高角度正斷層。北東向斷層發(fā)育晚、數(shù)量多，切割、錯動前期東西向、北西向斷層，比如西部的宋店斷層。

研究區(qū)巖漿巖分布很少，在區(qū)域西南部分布有燕山期花崗巖，在研究區(qū)東北部江左鎮(zhèn)塔溝一帶出露石英二長斑巖，巖體平面上為橢圓狀，呈巖株產(chǎn)出，在近東西向展布于拉馬店-郭家窯背斜和近南北向的拉馬店倒轉背斜的兩組構造復合部位，為區(qū)內麥飯石礦的成礦母巖（姚瑞增等，1990）。工作區(qū)西南部葛寨楊樓一帶出露有新近系玄武巖。

研究區(qū)作物主要有小麥、玉米、薯類、豆類，又是洛陽市主要的蔬菜種植區(qū)。農田灌溉以井灌、渠灌為主。區(qū)內土壤大多數(shù)以中性偏堿性為主，pH值為6.5～8.5之間，通常認為中性略偏堿性土壤是一種優(yōu)質的土壤資源，有利于農作物的生長和環(huán)境自凈能力的提高。區(qū)內土壤類型主要以潮土、褐土為主。褐土在工作區(qū)廣泛分布，屬于硅鋁土綱，褐土是豫西優(yōu)質土壤中較為重要的一種，表土呈褐色至棕黃色，剖面中、下部有粘粒和鈣的積聚，呈中性至微堿性；紅粘土分布在呂店鎮(zhèn)一帶，屬于初育土綱，這跟他們的成土母質和形成的環(huán)境、氣候、水文等條件密切相關（郝士橫等，2022；鞠兵，2016）。

2 研究區(qū)基礎數(shù)據(jù)采集

2.1 遙感數(shù)據(jù)

衛(wèi)星遙感在自然資源監(jiān)測評價中具有重要意義，3S（GIS、GPS、RS）技術的應用也給自然資源調查提供了重要手段。衛(wèi)星遙感空間數(shù)據(jù)是信息提取和分析的基礎，可用作地球化學調查的底圖（郭丁等，2022）。本文通過獲取2020年3季度的高精度衛(wèi)星影像，空間分辨率為1m，經(jīng)過融合后裁剪處理后得到洛龍區(qū)全區(qū)的高精度衛(wèi)星遙感影像（見圖1），為生態(tài)土壤質量調查提供基礎數(shù)據(jù)支撐，同時為農業(yè)大數(shù)據(jù)基礎數(shù)據(jù)的應用奠定基礎。

圖1 洛龍區(qū)衛(wèi)星遙感影像圖

2.2 生態(tài)土壤質量調查數(shù)據(jù)

以洛龍區(qū)行政邊界端點為邊界劃定公里網(wǎng)格，以1:10000采樣密度均勻布設采樣點，通過采集獲得各類樣品2500余個，主要包括深層土壤樣、淺層土壤樣等。通過分析該兩組樣品，可以獲取該地區(qū)工農業(yè)生產(chǎn)生活所利用的土地環(huán)境質量狀況，掌握其成壤母質層元素含量及其分布特征。深層土壤與淺層土壤在空間上既相互獨立又存在一定的聯(lián)系。表層土壤的母質層是深層土壤，地質背景及沉積環(huán)境是影響土壤元素（或氧化物）的含量的主要原因，因此表層土壤與深層土壤的元素（或氧化物）的含量具有高度的關聯(lián)性。同時，淺層土壤經(jīng)過地表次生變化及人為改造等綜合因素的作用，又演化出新的特性。通過分別采集分析調查區(qū)域內的表層土壤和深層的土壤元素（或氧化物）的地球化學參數(shù)特征，可以獲取調查區(qū)域的土壤環(huán)境質量狀況及區(qū)域地質背景特征，有利于更好的對洛龍區(qū)的土地資源進行開發(fā)、利用和保護（譚福成，2012）。

3 土地質量地球化學評價數(shù)據(jù)

綠色土地調查主要以土壤為研究對象，通過地球化學調查，對土壤中大量元素、微量元素、有益元素豐缺狀況及土壤的環(huán)境質量進行評價，同時結合灌溉水、大氣干濕沉降物的土壤質量特征，對工作區(qū)的土地質量地球化學等級進行評價，為耕地生產(chǎn)的農產(chǎn)品品質最佳化、效益最大化，為農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)（中國地質調查局，2014；陳偉民等，2021）。

土壤中砷、鎘、鉻、鉛、汞、鎳、銅、鋅等這些重金屬元素，當其超過一定值時，會對農產(chǎn)品質量安全、農作物生長或土壤生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利影響（段玲玲等，2021；王威等，2019）。

3.1 土地質量地球化學評價方法

3.1.1 評價單元賦值

本文中評價單元采用分析樣點網(wǎng)格圖斑。分析樣點網(wǎng)格圖斑為樣品單樣組合成的分析樣所代表的網(wǎng)格圖斑。當一個圖斑中有兩個以上數(shù)據(jù)時，用算數(shù)平均值進行評價單元的指標賦值。工作區(qū)地形基本屬于丘陵低山，當圖斑中沒有評價數(shù)據(jù)時，就采用空間距離相近原則的屬性賦值法對評價單元賦值。

3.1.2 土壤養(yǎng)分等級劃分

土壤中有機質和氮、磷、鉀元素全量及土壤中鈣、鎂、鐵、鈷、鍺、硼、鉬、錳、硫、銅、鋅等元素的分級標準參照《土地質量地球化學評價規(guī)范》（DZ/T 0295-2016）執(zhí)行。土壤碘分級標準參照《土地質量地球化學評價規(guī)范》（DZ/T 0295-2016）中的等級標準執(zhí)行。富硒土地的評價標準同時結合中國地質調查局地質調查技術標準《天然富硒土地劃定與標識》（DD 2019-10）中對富硒土壤硒含量規(guī)定。其余養(yǎng)分評價指標分級標準，參照《土地質量地球化學評價規(guī)范》（DZ/T 0295-2016）進行劃分。

3.1.3 土地質量等級

土地質量地球化學等級劃分按照《土地質量地球化學評價規(guī)范》（DZ/T 0295-2016）執(zhí)行。綜合分析土壤質量地球化學綜合等級、灌溉水環(huán)境地球化學綜合等級、大氣環(huán)境地球化學綜合等級等要素，最終形成土地質量地球化學等級。

3.2 土壤養(yǎng)分綜合等級

農作物從土壤中吸收不同的營養(yǎng)元素以滿足其生長需要。因此，可以以土壤提供農作物生長所需元素的能力作為評價土壤的肥力的重要指標，土地生產(chǎn)力的大小決定于土壤肥力水平，因此，在實際農業(yè)生產(chǎn)中，可通過了解土壤肥力情況，科學指導農業(yè)生產(chǎn)。研究區(qū)通過采樣分析測試顯示：區(qū)域土壤養(yǎng)分綜合等級均為二等較豐富，工作區(qū)土壤狀況整體良好。

3.3 土壤環(huán)境綜合等級

在研究區(qū)土壤環(huán)境質量評價時，選取元素Ni、Pb、Cu、Zn、As、Cd、Cr、Hg為重金屬綜合評價指標。根據(jù)《土地質量地球化學評價規(guī)范》（DZ/T 0295-2016）相關分等原則，根據(jù)采樣分析數(shù)據(jù)結果確定評價工作區(qū)土壤環(huán)境質量綜合評價為一等。

3.4 土壤質量綜合等級

在對土壤質量地球化學綜合等級劃分時，可按照《土地質量地球化學評價規(guī)范》（DZ/T 0295-2016）執(zhí)行，根據(jù)采樣分析數(shù)據(jù)結果確定評價研究區(qū)土地質量綜合等級均為一等。

3.5 富硒土地及種植建議

綜合土壤質量評價將工作區(qū)土地主要分為綠色富硒土地、綠色非富硒土地。

根據(jù)土壤質量評價、綠色土地富硒土地劃分和洛龍區(qū)農業(yè)規(guī)劃，對工作區(qū)域做出相應的農業(yè)種植建議。根據(jù)采樣分析結果，把工作區(qū)劃分為林果糧農種植區(qū)、綠色農產(chǎn)品種植區(qū)、綠色富硒果樹種植區(qū)、綠色富硒農產(chǎn)品種植區(qū)（王銳等，2017；侯小東和藺新英，2007；洪萬華，2021），種植建議如圖2所示。

圖2 洛龍區(qū)部分地區(qū)農業(yè)種植建議圖

4 結論

本文通過對洛陽市洛龍區(qū)采集獲得各類樣品2500余個，查清了區(qū)內土壤質量狀況，為區(qū)內農業(yè)經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境建設提供了基礎數(shù)據(jù)和基本依據(jù)。根據(jù)這種數(shù)據(jù)研究，采集其他地區(qū)的大數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)庫，進行多年數(shù)據(jù)對比，監(jiān)督土壤質量環(huán)境變化，提供調查評價報告，建設高質量特色農業(yè)?？傮w上來說，區(qū)內生態(tài)環(huán)境狀況良好。農業(yè)用地土壤肥力良好，環(huán)境質量狀況優(yōu)質。區(qū)內沒有重金屬污染，適合發(fā)展綠色、特色農業(yè)。

①查明了研究區(qū)土地質量狀況，認為區(qū)內全部屬于一等（無污染風險）土地；

②依據(jù)調查評價結果，對區(qū)內綠色農作物適宜種植區(qū)進行了劃分，為研究區(qū)發(fā)展綠色農業(yè)，提供了科學依據(jù)；

③依據(jù)調查評價結果，發(fā)現(xiàn)富硒土地，并且開展農業(yè)指導，發(fā)展特色農業(yè)。