基于养分丰缺分级的蔗田土壤肥力主成分综合分析-刘少春.pdf

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1、2016年29卷3期、U 29 N仉3南农卫争报Southwest China Joumal 0f Ag蒯tad Sciences 611文章编号：1001-4829(2016)03061107 DOI：1016213jcnki8cj硝201603028基于养分丰缺分级的蔗田土壤肥力主成分综合分析刘少春12，张跃彬1”，郭家文1”，刀静梅1”，李如丹12，崔雄维1，樊仙1”，邓 军1，一，高欣欣1，方志存1(1云南省农业科学院甘蔗研究所，云南开远661699；2云南甘蔗工程技术研究中心，云南开远661699)摘要：采集22个代表区域的206份蔗田土样，结合土壤养分丰缺分鲠，采用主成分综合评价分

2、析了12个土壤养分指标。结果表明，土壤pH总体较低；超过一半的地块有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮和速效钾处在低级至甚缺水平；部分地块铁、锰合量较高。铁不缺，铜、锰、锌瞢追缺乏。主成分分析表明，在主成分l上，pH、有机质、全氮、碱解氮、全磷、有效磷、全钾以及有效锰。有效锌、有效铜、有效铁起主要作用；在主成分2上，有效钾、有效铁、有效铜、有效锌、有效锰起主要作用；在主成分3上，有效磷、全磷、有效锰起主要作用；在主成分4上，有机质、全磷、有效磷、有效钾和有效铁起主要作用；在主成分5上。有机质、全钾、速效钾、有效锰起主要作用。22个研究区域的土壤肥力划分为5类，其中肥力水平较低的3类和4类居多，总体

3、肥力水平偏低。关键词：蔗田；土壤肥力；主成分分析；综合评价中围分类号：S158 文献标识码：AComprehensive Analysis of Main Components of SoftFertility of Sugarcane Field Based on Soil Nutrient GradesLIU Shao-chun，ZHANG Yue-binl一，GUO Jilt-wenl一，DAO Jing-meil一，LI Ru-danl一，CUI Xiong-weilFAN Xianl一，DENG Junl-，GAO Xinxinl，FANG Zhi-cunl(1Sugarcane R

4、esearchInstitute，YunnanAcademy of酬tund Sciences。YunnanKaiyuan661699，China；2Yunnan SugarcaneEnglneering and Technological Research Center，Yunnan Kaiyuan 661699，China)Abstract：206 soil samples from sub,cane feld in 22 representative study areaB were comprehermivdy valued by principal component analy-s

5、is，according to the principle of soil nutAent F幽The results showed that the sell pH ti the sunrey l嘲帆was at t lower levelthanhalf 0f the soil samples懈low On讲弘njc matter。total niuegen，total plmephonm，total potassium，available nitrogen and available potasai-um，while 80mI喇蚰。werelack ofcopperand zinc。bu

6、tiron andm帅I乎雌inemmedPrincipalcomponent analysisindicatedthatinthefast component，pH，oi掣rlic matter。total nitrogen-alkaline b捌ytic nitrogen。total phesphems，available phoephmxm，total potassium，available manganese，available zinc，and available copper and available iron played a major roleIn the second c

7、omponent。available potas-aium，available iron，available copper，available zinc and available manganel皓played a leading roleIn the third main component，availablephoephoms，total phosphorus and available manganese playedmajroleIn the fourth main component，organic matter，total phesph删，available phcophonm，

8、available potassium and available iron played a major roleIn the fifth main component。organic matter，total potasaium，available potasaium，available manganese played 8 major roleSoil fertility of the 22 survey region in this paper was divided into five础8，withthe majority of the third grade and fourth础

9、which were at a low leverSo the soil fertility in the 22 survey region wag poorKey words：Susareane field；Sell fertility；Principal component analysis；Compn：hensive evaluation土壤养分是土壤肥力的基础，也是作物生长发育的物质基础11。前苏联土壤学家威廉士从土壤与作物生长的密切关系出发，提出了“在植物的全收稿日期：2014-0526基金项目：云南省现代农业甘蔗产业技术体系(2005kju45)；国家甘蔗产业技术体系(CARS-2

10、0-3-4)作者简介：刘少春(1964一)，男，云南石屏人，研究员，主要从事甘蔗营养与栽培生理工作。E-mail：ynliushch126corn。部生活过程中，土壤同时地、不间断地供应植物最多量的水分和养分能力”的肥力概念。中国土壤学家侯光炯认为，土壤肥力是土壤持久稳定地供应植物水分、养分要求的能力【2J。甘蔗是云南主要的经济作物，全省甘蔗种植面积33万hm2。长期以来，蔗田土壤施肥主要依靠单一的无机肥，缺乏有机肥投入。施肥配方普遍缺乏蔗区土壤养分普查指导。同时，施肥过程中主要考万方数据612 西南农业拳报 29卷虑大量元素养分，一些微量元素养分往往被忽视。近年来，云南蔗区施无机肥水平上升，

11、土壤肥力下降的矛盾日渐突出。至今有关蔗田土壤养分丰缺诊断评价的报道较多【3“J，对土壤肥力质量的综合评价报道少见。评价土壤肥力质量的方法有灰色关联法，模糊评判法和聚类分析法等n。引，主成分分析方法可以对多个因素进行降维分析，抽取主成分，并赋予不同主成分不同的得分，被广泛用于多项指标体系的综合评价【l 31。土壤主成分分析常用于肥力质量的综合评价147|。本文选择云南双江县蔗田土壤，划分为22个代表研究区域，共采集206份土样测定12项指标，结合土壤养分丰缺分级进行主成分综合分析，以期通过建立蔗田土壤肥力的评价方法，为指导蔗区土壤肥力质量改良和蔗田土壤施肥提供依据。1材料与方法11研究区域的自然

12、条件甘蔗是双江县的传统优势产业，全县甘蔗种植面积08万hm2，蔗区年均气温195，年日照时数2205 h，年降雨量1018 mm，80的降雨量主要集中610月，冬春两季少雨干旱。年蒸发量2280mln，全年蒸发量大于降雨量。蔗田主要为旱地山地，土壤类型以红壤居多。12土壤样品采集双江县甘蔗种植布局，划分为22个研究区域。采用GPS定位，共采集22个研究区域内9201 710m不同海拔，030 cm耕作层段的206份土样。土样于甘蔗生长进入成熟早期的2011年11月下旬完成采样，样品采后经自然风干处理，测定土壤养分指标，其中，随机抽取104份样品测定铁、锰、铜、锌4种微量元素。13土壤养分测定p

13、H采用1：25土水比的悬浊液pH值计测定；有机质测定采用重络酸钾外加热法测定；全氮采用半微量开氏测定；碱解氮采用碱解扩散法测定；全磷采用NaOH熔触钼锑抗比色法；有效磷采用05 molLNaHCO，浸提钼锑抗比色法测定；全钾采用NaOH熔触原子吸收法测定；速效钾采用l molLNaHCO，乙酸铵浸提原子吸收法测定。有效锌、有效锰、有效铜、有效铁，经DTPA浸提后，采用原子吸收法测定。14土壤养分分级指标土壤养分分级值16。1见表1。15土壤数据分析数据采用Excel和SPSSl80软件进行分析。2结果与分析21土壤肥力丰缺评价对照土壤养分分级标准(表1)，对22个区域的土壤养分指标整体评价。由

14、表2看出，从平均值看，土壤pH值、有机质、全氮、全磷、全钾分别为48l、21O、090、050和1190 gkg，碱解氮，速效磷，速效钾分别为8642、1833和11360 mgkg，有效锰、有效锌、有效铜、有效铁分别为2577、O98、108和5901 mgkg。按照养分分级标准，本地区土壤呈酸化程度较高。有机质、速效磷、速效钾适中，全氮、全磷、全钾，碱解氮较低。有效铁较高，有效锰、有效铜适中、有效锌偏低。由表2看出，土壤表1土壤养分分级指标Table 1 Principle of soil nutrient grades万方数据3期 刘少春等；基于养分丰缺分级的蔗田土壤肥力主成分综合分析

15、613养分指标差异较大，最大值与最小值之间几倍到几十倍，表明本地区土壤养分的差异极大，但仅从平均值和最大值与最小值分析，还不能简单判断该地区土壤养分或高或低的趋势。需要对调查点土壤肥力分级指标的分布情况进行分析判断。由表3看出，在调查的22个代表区域内。597的样点地块土壤pH值达到酸性级，296达到强酸级，土壤酸化程度较高。有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷和速效钾处于中低下水平，其中超过12的样点地块土壤有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效钾处在低至甚缺水平。在微量元素中，有效铁的含量最高，80的样点地块处在中级至高级水平；超过12的样点地块，有效锰处于中级至高级水平；60的样点地

16、块，有效铜处在低至甚缺水平；超过12的样点地块，有效锌在低至甚缺水平。22土壤肥力主成分分析首先对pH、有机质、全氮、碱解氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾、有效锰、有效锌、有效铜和有效铁12项指标(依次采用x，、五、墨、五恐表示)进行相关性分析。由表4看出，有机质与全氮、碱解氮、全磷和有效磷的相关系数分别为0448、0420、0297和0252，达到1的极显著水平，与全钾、有效锌的相关系为0141和0197达到5的显著水平。其次是pH，也与全氮、全磷和有效铜极显著正表3研究区域土壤肥力指标分布情况Table 3 Distribution of soft fertility in the surv

17、ey legion万方数据614 南农t争扳 29卷相关，与全钾显著相关。在评价的12项土壤肥力指标间存在显著和极显著关系，评价指标间存在大量的重叠信息，表明采用主成分分析的必要性和可行性。通过进一步求出矩阵特征值、特征值向量、贡献率和累计贡献率。根据特征值1的原则，提取了5个主成分(表5)。由表5看出，在主成分1上，pH、有机质、全氮、碱解氮、全磷、有效磷、全钾以及有效锰，有效锌、有效铜、有效铁起主要作用，贡献率为2215；在主成分2上，有效钾、有效铁、有效铜、有效锌、有效锰起主要作用，贡献率为152l；在主成分3上，有效磷、全磷、有效锰起主要作用，贡献率为1155；在主成分4上，有机质、全

18、磷、有效磷、有效钾和有效铁起主要作用；在主成分5上，有机质、全钾、速效钾、有效锰起主要作用。根据主成分计算公式，得到5个主成分与12项养分指标的线性方程组合如下：Zl=O595Xl+O560X2+O806I3+0757X+0527X5+0207x,+0179X70156X8+0131墨+O303Xlo+O414X11+0235X12Z2=-0034Xl-0093x2-0300x,-0316五一0091五+0150X60456X70202Xs+0198x,+0503Xlo+O693X11+0757X12Z3=-0171Xl+O273恐一0170x,-0069X4+0350x,+0821瓦一043

19、5X7一O117五+O360x9-0174Xlo一0214Xll-0205X12z4=一0361X1+0205x2+0oosx,+0004x,+0228Xs+0236X6+0121蜀+0317x,一O727墨+O320Xlo-0338Xll+0269X12Zs=一0271X1+Oz22x2+0068x3+0124x,一0260X5+0116恐+0385x,+0746Xs+0429x9-0082Xlo+0105Xll-0082X12通过标准化的数据处理，进一步得到22个研究区域调查点在5个主成分上的得分，从而得到每个调查点的综合得分。22个调查点的土壤肥力综合评价得分依次排序为217201281

20、8(表6)。23土壤肥力综合评价聚类分析采用最短距离法，对22个区域的土壤肥力综合得分进行聚类分析，土壤肥力综合得分等级共划分为5类型，第1类为21号区；第2类为7、12和20号区；第3类为3、8、13、14、15和16号区；第4类为l、2、4、5、6、9、10、11、17、19和22号区；第5类为18号区(图1)。其中以肥力水平较低的3类和4类居多。3讨论研究表明，双江县22个区域土壤肥力综合得分聚类分析共划分为5个类型，蔗区土壤养分差异较大，肥力水平总体偏低。土壤pH值在4555的样点田块占597，其中pH值40 gkg的田块仅占14，处在10一20 gkg低级水平的样点田块则高达461，

21、这与蔗田土壤长期缺乏有机肥投入相一致；超过12样点地块的全氮、全磷、全钾、碱解氮和速效钾处在低级至甚缺水平，有效磷相对较好；而在微量元素方面，807的样点地块有效万方数据3期 刘少春等：基于养分丰缺分级的蔗田土壤肥力主成分综合分析 615表S主成分分析Table 5 Principal component“y8i8项目Item主成分1Componentl主成分2Component2主成分3Component3主成分4Component4主成分5Component5Xl 0595 一O034 -0171 -0361 0271五玛五恐瓦马瓦曷；rIo五lX12特征值贡献率()0560O806075

22、7O527020701790156013103830414023526572215009303000316一O09101500456020201980503069307571826152lO2730170006903500821一O435011703一01740214020513851155O205O00800040228023601210317072703200338O26912131011O22200680124026001160385074604290082010500821138948累积贡献率() 2215 3736 4891 5902 6850表6各主效缛分及综合评价得分Table

23、 6 Score 0f main effect snd eomprehemlve evaluation被调查点Sites排序Banking等级Grade196502181859一1806224203270386O987O36202500564323506840434096703200170一54131-5840310759822800057O39910Q50262O230一08812458一O2940933一O9r7503060952092507760371021011720600027621042633053707191796一O654一O23316270758003102140141037

24、6039307650146一O658010102360563024804950373054800900235一O02713770746049l一09O3一04650484一1256一145l102805680159一O043O330一049l一15710667062325390252047502862577一O23l037700400036096808110226010r7024600870046005001昕一08440074O10903780917一1015一106314930436一126l一27712025313814ll一2008一188008682266O3870665O60500

25、9l一29006557一1027242289683489四等四等三等四等四等四等二等三等四等四等四等二等三等三等三等三等四等五等四等二等一等四等B：28M侉他25HMn4967m您屹3组23456789mn心埒H坫撕他侉n毖万方数据616 西南农业学报 29卷图1 22个区域土壤肥力综合评价聚类图Fig1 Clustering figure of soil fertilizer in 22 survey regions铁20 mgkg，606的样点地块有效铜10mgkg，471的样点地块有效锰16 mgkg，596的样点地块有效锌10 mgkg(表3)，铜、锰、锌普遍缺乏，这与甘蔗生产中长期不

26、合理的施肥因素有关。有机质与全氮、碱解氮、全磷和有效磷极显著正相关，与有效锌显著相关，由此表明有机质含量高，全氮、碱解氮、全磷和有效磷、有效锌的含量也高，这与前人【18-20的报道一致。主成分分析表明，在主成分l上，pH、有机质、全氮、碱解氮、全磷、有效磷、全钾以及有效锰，有效锌、有效铜、有效铁起主要作用，这是土壤提供作物营养元素能力的总体体现。有机质除在主成分1有较大的正值外，在主成分2、主成分3、主成分4和主成分5上均有较大的正值。有机质不仅与土壤的氮、磷供肥能力有着密切的正相关关系，还与土壤供铜、锰、锌显著正相关【11 8|。有机质是全面反映土壤肥力的重要综合指标，在主成分2上，有效铁、

27、有效铜、有效锌、有效锰有较大的正值，起主要作用，贡献率达1521；在主成分3上，有效磷、全磷、有效锰起主要作用；在主成分4上，有机质、全磷、有效磷、有效钾和有效铁的贡献率为1011；在主成分5上，有机质、全钾、速效钾、有效锰的贡献率为948。研究明确了土壤有机质已成为影响蔗区土壤肥力质量的主要成分，当前，单一依靠增施无机肥的施肥方式势必加剧土壤肥力质量下降，因此，在甘蔗生产施肥中，应充分考虑利用蔗叶有机质还田或利用糖厂甘蔗制糖中产生的滤泥有机质肥源，增施有机肥，改良土壤。针对双江蔗区土壤普遍缺乏微量元素，应结合配方施肥加以补施，调节土壤养分平衡。同时，对pH较低的酸性蔗田增施石灰，调节土壤酸碱

28、度。针对本蔗区土壤肥力基础进行科学配方施肥。通过本项研究，明确了双江蔗区土壤肥力基础和影响土壤肥力质量的主要因素，对于指导蔗区土壤肥力改良和蔗田土壤科学施肥具有重要的意义。参考文献：1】李杨瑞现代甘蔗学M北京：中国农业出版社，2010：1972402侯光炯土壤学M北京：农业出版社，1990：1421433郭家文，刘少春，王龙，等25年来两类植蔗土壤肥力演变及原因分析J土壤，2010，42(2)：2192234】刀静梅，刘少春，崔雄维，等沧源蔗区土壤养分现状研究J中国农学通报，2011，27(33)：73785江永，黄忠兴我国蔗区土壤主要养分的分析研究J甘蔗糖业，2001(5)：5106谢如林，

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