基于主成分分析法的中宁县农田土壤肥力评价

基于主成分分析法的中宁县农田土壤肥力评价

土壤肥力是指土壤提供的各种养分的能力。它是反映土壤肥力的重要指标。它是土壤基本性质的综合反映。不同土壤其肥力存在着一定的差异，因此，对土壤肥力进行合理的评价可以更加深刻认识土壤，对农业生产有十分重要的意义目前，我国关于农田土壤肥力评价的研究较多，且多集中在不同区域、不同植物以及采用不同的土壤肥力评价方法，对宁夏地区土壤肥力的研究为数不多，中宁县未见报道。宁夏中宁县地处黄河两岸，枸杞、硒砂瓜、红枣等特色产业已享誉国内外，土壤肥力的高低直接影响着农产品的品质和产量。采用多元统计分析中的主成分分析法进行农田土壤肥力评价，测算步骤比较规范，大部分过程可通过计算机处理，在一定程度上可避免人为打分确定评价因子的权重等影响，分析结果相对客观科学，有利于提高测算结果的准确性与可靠性1材料和方法1.1．阴山n中宁县位于宁夏中部西侧、银川平原南端（105°26′～106°07′E,37°09′～37°50′N），地处黄河两岸，为内蒙古高原和黄土高原过渡带，海拔1100～2955m，属温带大陆性干旱、半干旱气候，日照充足，年均气温9.5℃，年均降雨量202.1mm，年日照时数2800h。县境东西宽约50km，南北长约60km，现辖6镇6乡和红梧地区管委会，共有耕地4.27万hm1.2方法1.2.1地农业生产准备以中宁县基本农田保护区为依据，立足当地农业生产实际，综合考虑行政区划、土壤类型、土地利用、生产水平、点位信息完整性和长期性等因素。按照666.7hm1.2.3评估方法采用因子分析功能中提取主成分分析法，对土壤肥力进行综合评价。主成分分析法是利用降维的思想把多个因子转化成较少的几个互不相关的综合因子1.3处理数据应用Excel2007和SPSS18.0软件对所获得的数据进行相关性分析、主成分分析以及作图统计分析。2结果与分析2.1土壤养分分布中宁县农田土壤单项肥力指标统计分析结果如表1所示。采样区域的样点土壤全盐含量分布不集中，介于0.23～7.26g/kg，平均含量为0.95g/kg，属于非盐渍化土（参照《西北区耕地土壤养分指标分级标准》，下同）；pH值分布频数集中，介于8.19～9.30，平均值为8.76，呈碱性土壤；有机质含量分布频数较集中，介于2.83～34.68g/kg，平均值为12.26g/kg，属4级低水平；全氮含量分布频数较集中，介于0.20～1.94g/kg，平均值为0.93g/kg，属4级低水平；碱解氮含量分布频数较分散，介于14.00～493.22mg/kg，平均值为86.20mg/kg，属4级低水平；速效磷含量分布不集中，介于2.60～243.92mg/kg，平均值为36.33mg/kg，属2级高水平，表明磷素丰富；速效钾含量分布频数较分散，介于58.00～850.00mg/kg，平均值为149.29mg/kg，属3级中等水平；土壤容质量分布频数集中，介于1.18～1.83g/cm，平均值为1.50g/cm，呈过紧实土壤。从土壤样品的变异系数来看，土壤pH值、容质量变异系数分别为2.64%、8.73%，属于弱变异；有机质、全氮变异系数分别为46.70%、35.03%，呈中等变异性；全盐、碱解氮、速效磷、速效钾含量的变异系数均在50%以上，呈高变异性。从偏度和峰度的统计值来看，土壤全盐、有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾和容质量的偏度值为正，可以判断其曲线分布左偏且右侧拖尾，其中土壤全盐、有机质、碱解氮、速效磷和速效钾的分布曲线较陡峭，两端尾部较长，土壤全氮和容质量的分布曲线较平缓，两端尾部较短；土壤pH值的偏度值为负，表明其曲线分布右偏且左部拖尾，并且分布曲线较平缓，两端尾部较短。2.2农田土壤理化性质本次采用《西北区耕地土壤养分指标分级标准》进行评价，并且将六级指标中的一、二级定为高等水平，三级定为中等水平，四、五、六级定为低等水平。由表2可知，中宁县农田土壤全盐含量较低，93.41%的样点低于3g/kg，属于非盐渍化土；pH值普遍较高，83.52%的样点高于8.5，呈碱性土壤；容质量普遍较高，87.91%的样点高于1.35g/cm，达到紧实土壤。有机质、全氮、碱解氮含量偏低，71.42%的样点有机质含量低于15g/kg，处于低等水平；90.12%的样点全氮含量低于1.25g/kg，处于中等及以下水平；67.04%的样点碱解氮含量低于90mg/kg，处于低等水平，说明中宁县农田土壤中有机质、氮素普遍缺乏。59.34%的样点速效钾含量高于120mg/kg，处于中等及以上水平；速效磷含量较高，62.63%的样点速效磷含量高于20mg/kg，处于中等及以上水平，说明中宁县农田土壤具有相对较高的磷素和中等含量的钾素。2.3土壤肥力的综合评价2.3.1土壤肥力综合评价因子的相关性分析因子分析的必要条件是各指标间存在相关性，而SPSS软件中的主成分分析是采用因子分析中的主成分提取，需对土壤肥力综合评价因子进行相关性分析2.3.3土壤肥力总体得分情况按综合评价模型计算出中宁县各乡镇土壤肥力的综合得分平均值。从表7可知，中宁县各乡镇土壤综合肥力总体得分范围-0.6518～0.4113，平均分值-0.0160。土壤肥力从高到低依次为舟塔乡>鸣沙镇>新堡镇>石空镇>宁安镇>余丁乡>白马乡>恩和镇>大战场镇>徐套乡>喊叫水乡。由此可以看出，中宁县各乡镇农田土壤肥力差异较大。3中宁县农田土壤养分指标变化通过对中宁县农田土壤肥力状况调查结果显示：土壤肥力单项指标丰缺程度不一，差异比较大，其中有机质和氮素普遍偏低，磷素丰富，钾素中等，可能与人为不合理施肥和这些元素在土壤中的移动性等有关；pH偏碱性，主要原因可能由于人为不合理施肥和土壤本身特性所引起的；土壤容质量呈过紧实状态，可能由于土壤质地、田间作业大型机械的镇压、作物连作和有机肥用量不足等因素所致。从土壤样品的变异系数来看，土壤pH值、容质量属于弱变异，说明在县域农田内分布相对均匀，空间异质性弱，受人为活动和土地利用等因素的影响较小；有机质、全氮呈中等变异性，表明在县域农田内空间分布存在一定的不均匀性，但变化不大；全盐、碱解氮、速效磷、速效钾呈高变异性，说明中宁县农田土壤这些元素的空间分布很不均衡，空间异质性强，可能受施肥习惯、灌溉制度、种植结构、耕作方式和土壤特性等影响较大。主成分分析表明，引起中宁县农田土壤肥力变化的主要因子是有机质和全氮。因此，中宁县农田土壤应根据实际情况合理施肥，遵守有机肥和氮肥补充、减少磷肥施用及稳定钾肥的施肥原则，以获得较好的农作物产量和品质。从相关性分析来看，中宁县农田土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾相互之间呈极显著正相关，养分指标相关性很好，与前人研究成果有较大相似性从土壤肥力综合评价来看，中宁县各乡镇土壤综合肥力从高到低表现为舟塔乡>鸣沙镇>新堡镇>石空镇>宁安镇>余丁乡>白马乡>恩和镇>大战场镇>徐套乡>喊叫水乡，并且土壤肥力差异较大，主要与种植作物品种、农户施肥习惯以及农业活动行为等因素有关。舟塔乡和鸣沙镇土壤肥力最高，其原因可能为舟塔乡主要以枸杞种植为主，鸣沙镇枸杞和麦后复种蔬菜面积较大，施肥量较大，土壤肥力整体水平较好；而徐套乡和喊叫水乡土壤肥力最低，由于其位于宁夏中部干旱带，主要以压砂瓜和小杂粮种植为主，施肥量较小，土壤肥力整体水平偏低。采用不同方法对宁夏土壤肥力进行评价已有一些。如王建宇等目前，对于土壤肥力综合指标的评价没有统一标准1.2.2土壤中全盐含量参照《土壤农化分析》，测定了土壤全盐、pH值、有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾和容质量共8个指标，共测数据超过730个。土壤全盐含量采用水土比为5:1电导法测定；pH值采用水土比为2.5:1水浸提pH计法测定；有机质含量采用重铬酸钾氧化—外加热法测定；全氮含量采用半微量凯氏定氮法测定；碱解氮含量采用碱解扩