土壤质量与特色农业大数据方法研究——以洛阳市洛龙区为例

王振生 WANG Zhen-sheng；刘文毅 LIU Wen-yi

（河南省有色金属地质矿产局第七地质大队，郑州 450016）

0 引言

农业是第一产业，也是国民经济的基础。随着科技的发展，农业信息化建设在国家发展过程中的重要性逐渐突显（赵春江，2021；宁纪瑞，2021；郭二秀，2018）。农业数据来源广泛、类型多样、结构复杂、时效性强，易受气候、环境等因素的影响，随着时间的变化而表现出不同的特征，通过及时获取不同时点不同特征的农业数据并加以合理的处理利用，可以有效推动我国农业发展，维护国家粮食安全（王恩杰，2021；肖业清和李胜军，2021；张博等，2021）。

洛阳市洛龙区作为古都洛阳的主城区之一，地处洛阳断陷盆地东南，大地构造位置属于华北地台南缘，绝大部分范围被新生带沉积物所覆，地势西北高、东南低，呈簸箕形开口盆地状，气候上位于暖温带南缘向北亚热带过渡地带。洛龙区地理条件优越，农业区位优势明显，地域的多样性和气候特点为其发展特色农业提供了得天独厚的资源和条件（郭振林等，2020；刘朝等，2020）。丰富的农业资源也为洛龙区大力发展绿色、特色农产品加工业提供了可靠的原材料保障。

1 研究区概况

位于河南省洛阳市东南部，北靠邙山，南望伊阙，东接中岳，西倚周山，在行政区划上，洛龙区分别与东侧偃师区、西侧宜阳县和涧西区、南侧伊川县，北侧孟津区、瀍河回族区、老城区、西工区等各县区相邻。总面积211平方千米，其中农用地面积90.19平方千米。

研究区地处断陷堆积盆地现代河床之中，绝大部分范围被新生带沉积物所覆盖。第四纪前基岩分布情况如下：南部丘陵山区，龙门一带，有残缺不全的古生代基岩出露，并呈东西走向，以缓倾角（15°～35°）向北倾斜；在西部的秦岭顶部有零星出露，其它多是第四纪松散岩层。研究区地层属华北地层区豫西分区嵩箕小区（渑临台坳则属于华北地层区豫西分区渑池-确山小区）。区内地层具有典型的双层结构，分为基底和盖层两部分，基底部分主要由太古宇中深变质岩和古元古界嵩山群组成，岩性以片麻岩、片岩、石英岩、石英砂岩及少量泥岩、碳酸盐岩等为主（薛海涛等，2009）。盖层部分自下而上依次为中元古界汝阳群和新元古界洛峪群、下古生界寒武系、奥陶系，上古生界石炭系、二叠系及中生界三叠系，新生界古近系、新近系和第四系。

研究区构造较为发育，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杨向斜。区域上早期东西向断层规模较大的有东部的月湾断层、西部的锦屏山断层等，北西向断层为剪切平移断层，断面近直立，在地表呈直线状，切割了早期形成的近东西向构造（陈旺，2009）。规模较大的有东部的五指岭断层、嵩山断层，中部的龙门—吕店断层，西部的罗村断层和殷桥断层等，其性质多为高角度正断层。北东向断层发育晚、数量多，切割、错动前期东西向、北西向断层，比如西部的宋店断层。

研究区岩浆岩分布很少，在区域西南部分布有燕山期花岗岩，在研究区东北部江左镇塔沟一带出露石英二长斑岩，岩体平面上为椭圆状，呈岩株产出，在近东西向展布于拉马店-郭家窑背斜和近南北向的拉马店倒转背斜的两组构造复合部位，为区内麦饭石矿的成矿母岩（姚瑞增等，1990）。工作区西南部葛寨杨楼一带出露有新近系玄武岩。

研究区作物主要有小麦、玉米、薯类、豆类，又是洛阳市主要的蔬菜种植区。农田灌溉以井灌、渠灌为主。区内土壤大多数以中性偏碱性为主，pH值为6.5～8.5之间，通常认为中性略偏碱性土壤是一种优质的土壤资源，有利于农作物的生长和环境自净能力的提高。区内土壤类型主要以潮土、褐土为主。褐土在工作区广泛分布，属于硅铝土纲，褐土是豫西优质土壤中较为重要的一种，表土呈褐色至棕黄色，剖面中、下部有粘粒和钙的积聚，呈中性至微碱性；红粘土分布在吕店镇一带，属于初育土纲，这跟他们的成土母质和形成的环境、气候、水文等条件密切相关（郝士横等，2022；鞠兵，2016）。

2 研究区基础数据采集

2.1 遥感数据

卫星遥感在自然资源监测评价中具有重要意义，3S（GIS、GPS、RS）技术的应用也给自然资源调查提供了重要手段。卫星遥感空间数据是信息提取和分析的基础，可用作地球化学调查的底图（郭丁等，2022）。本文通过获取2020年3季度的高精度卫星影像，空间分辨率为1m，经过融合后裁剪处理后得到洛龙区全区的高精度卫星遥感影像（见图1），为生态土壤质量调查提供基础数据支撑，同时为农业大数据基础数据的应用奠定基础。

图1 洛龙区卫星遥感影像图

2.2 生态土壤质量调查数据

以洛龙区行政边界端点为边界划定公里网格，以1:10000采样密度均匀布设采样点，通过采集获得各类样品2500余个，主要包括深层土壤样、浅层土壤样等。通过分析该两组样品，可以获取该地区工农业生产生活所利用的土地环境质量状况，掌握其成壤母质层元素含量及其分布特征。深层土壤与浅层土壤在空间上既相互独立又存在一定的联系。表层土壤的母质层是深层土壤，地质背景及沉积环境是影响土壤元素（或氧化物）的含量的主要原因，因此表层土壤与深层土壤的元素（或氧化物）的含量具有高度的关联性。同时，浅层土壤经过地表次生变化及人为改造等综合因素的作用，又演化出新的特性。通过分别采集分析调查区域内的表层土壤和深层的土壤元素（或氧化物）的地球化学参数特征，可以获取调查区域的土壤环境质量状况及区域地质背景特征，有利于更好的对洛龙区的土地资源进行开发、利用和保护（谭福成，2012）。

3 土地质量地球化学评价数据

绿色土地调查主要以土壤为研究对象，通过地球化学调查，对土壤中大量元素、微量元素、有益元素丰缺状况及土壤的环境质量进行评价，同时结合灌溉水、大气干湿沉降物的土壤质量特征，对工作区的土地质量地球化学等级进行评价，为耕地生产的农产品品质最佳化、效益最大化，为农业的可持续发展提供依据（中国地质调查局，2014；陈伟民等，2021）。

土壤中砷、镉、铬、铅、汞、镍、铜、锌等这些重金属元素，当其超过一定值时，会对农产品质量安全、农作物生长或土壤生态环境产生不利影响（段玲玲等，2021；王威等，2019）。

3.1 土地质量地球化学评价方法

3.1.1 评价单元赋值

本文中评价单元采用分析样点网格图斑。分析样点网格图斑为样品单样组合成的分析样所代表的网格图斑。当一个图斑中有两个以上数据时，用算数平均值进行评价单元的指标赋值。工作区地形基本属于丘陵低山，当图斑中没有评价数据时，就采用空间距离相近原则的属性赋值法对评价单元赋值。

3.1.2 土壤养分等级划分

土壤中有机质和氮、磷、钾元素全量及土壤中钙、镁、铁、钴、锗、硼、钼、锰、硫、铜、锌等元素的分级标准参照《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T 0295-2016）执行。土壤碘分级标准参照《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T 0295-2016）中的等级标准执行。富硒土地的评价标准同时结合中国地质调查局地质调查技术标准《天然富硒土地划定与标识》（DD 2019-10）中对富硒土壤硒含量规定。其余养分评价指标分级标准，参照《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T 0295-2016）进行划分。

3.1.3 土地质量等级

土地质量地球化学等级划分按照《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T 0295-2016）执行。综合分析土壤质量地球化学综合等级、灌溉水环境地球化学综合等级、大气环境地球化学综合等级等要素，最终形成土地质量地球化学等级。

3.2 土壤养分综合等级

农作物从土壤中吸收不同的营养元素以满足其生长需要。因此，可以以土壤提供农作物生长所需元素的能力作为评价土壤的肥力的重要指标，土地生产力的大小决定于土壤肥力水平，因此，在实际农业生产中，可通过了解土壤肥力情况，科学指导农业生产。研究区通过采样分析测试显示：区域土壤养分综合等级均为二等较丰富，工作区土壤状况整体良好。

3.3 土壤环境综合等级

在研究区土壤环境质量评价时，选取元素Ni、Pb、Cu、Zn、As、Cd、Cr、Hg为重金属综合评价指标。根据《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T 0295-2016）相关分等原则，根据采样分析数据结果确定评价工作区土壤环境质量综合评价为一等。

3.4 土壤质量综合等级

在对土壤质量地球化学综合等级划分时，可按照《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T 0295-2016）执行，根据采样分析数据结果确定评价研究区土地质量综合等级均为一等。

3.5 富硒土地及种植建议

综合土壤质量评价将工作区土地主要分为绿色富硒土地、绿色非富硒土地。

根据土壤质量评价、绿色土地富硒土地划分和洛龙区农业规划，对工作区域做出相应的农业种植建议。根据采样分析结果，把工作区划分为林果粮农种植区、绿色农产品种植区、绿色富硒果树种植区、绿色富硒农产品种植区（王锐等，2017；侯小东和蔺新英，2007；洪万华，2021），种植建议如图2所示。

图2 洛龙区部分地区农业种植建议图

4 结论

本文通过对洛阳市洛龙区采集获得各类样品2500余个，查清了区内土壤质量状况，为区内农业经济发展和生态环境建设提供了基础数据和基本依据。根据这种数据研究，采集其他地区的大数据，建立数据库，进行多年数据对比，监督土壤质量环境变化，提供调查评价报告，建设高质量特色农业。总体上来说，区内生态环境状况良好。农业用地土壤肥力良好，环境质量状况优质。区内没有重金属污染，适合发展绿色、特色农业。

①查明了研究区土地质量状况，认为区内全部属于一等（无污染风险）土地；

②依据调查评价结果，对区内绿色农作物适宜种植区进行了划分，为研究区发展绿色农业，提供了科学依据；

③依据调查评价结果，发现富硒土地，并且开展农业指导，发展特色农业。