基于主成分分析的土壤养分综合评价探讨

2019-06-18

报刊精萃 2019年7期

三明市农产品质量安全检验检测中心福建三明 365000

引言：土壤养分是对土壤肥力进行评价的一个关键性指标，是供应和协调植物生长的一个关键和前提，对土地的持续性利用起着决定性的作用。土壤养分是土壤肥力中的一个不稳定性因素，受到人和自然界的双重影响，一直都是处在动态平衡的过程之中。土壤养分对农业可持续性的影响是非常直接和深远的，综合指标对土壤养分含量的多少，土壤肥沃以及评价在农业科学工作过程中都占据着关键性的位置，同时这也是科学，精细化耕地的前提和保障。在现在这一个阶段，主成分分析在土壤质量评价过程中的应用范围较为广泛一些，一般都是认为主成分分析能够弱化变量之间的自相关性所导致的误差，形成一种不相干的主成分，进而取得各自的成分得分。与此同时通过对综合评价进行计算工作，进而取得土壤养分质量的精准评价。综合研究方法在一定程度上评价了土壤养分的空间分布基本形式，对土壤展开综合性的评价埋下了伏笔。有关于土壤养分空间分布特征的研究以及新闻从单一的土壤养分元素空间这一个层面进行出发，对土壤养分的空间分布情况展开分析，或者是就是从不同的研究手法对土壤养分空间异质性的精度进行分析。

一、研究的区域

三明市是在福建省，地处北纬25°30'～27°07'、东经116°22'～118°39'总面积23191 平方公里，三明市是福建省区域性中心城市，属亚热带海洋性季风气候。

二、研究的具体方法

1.评价范围的确定。三明年平均气温19.4℃，属中亚热带气候，雨量充沛，气温适宜，无霜期长，四季分明，夏长冬短，一年四季均宜旅游福建省中部偏西，沙溪中部沿岸，闽西北戴云山和武夷山脉之中，是具有中国南方典型特色的内陆山区城市。东西宽230 多千米，南北长180 多千米，面积22928.8 平方千米。山地占总面积82%，耕地占8.3%，水域及其他占9.7%，有“八山一水一分田”之称。地形以山地丘陵为主，中部为河谷盆地。

2.样品采集以及制备。为了有效提升土壤养分预测的准确性，可以运用点力求均匀。充分结合当地土壤类型和地形等多个方面的因素。采取样本的时候，通过定位系统，记录采取时候的具体位置。全部的样点遵循“等量，随机，多点混合”基本原则，每一个点间隔20m，充分混合以后四分法取土1kg，一共采集了924 份进行研究。样品必须要在自然风下风干，通过筛选后测定各种养分指标。采用重铬酸钾容量法，对有机质进行测定。碱解扩散法测定碱解氮0.5mol.L-1 碳酸氢钠浸题一钼锑抗比色法测定有效磷，火焰光度计法测定速效钾。

3.数据和处理分析。对数据进行整理，所有的数据都参与分析。此次研究运用因子分析提取主成分分析法（PCA），综合各个土壤养分指标对样区的土壤养分展开一定的评价工作，然后通过COK 插值法对土壤综合得分进行一定的评价工作。PCA 方法通过因子分析确定土壤指标主成分的特征值和特征向量，根据主成分的累积贡献率选择关键主成分，计算各主成分的得分，然后采用综合得分公式计算各点土壤养分的综合得分（IFI）；PCA 的基本思想是根据相关性对变量进行分组，以使同一组中的变量之间的相关性较高，而不同组中的变量之间的相关性较低，并尝试使用相对较少的个数公共因子线性函数以及特定的因子之和去对原来观测的每一个变量进行表达。合理地解释原始变量之间的相关性并简化变量的维数。运用COK 插值方法对样区土壤的养分综合评价预测图进行有效绘制，把土壤样本规划到训练子集和检验子集，通过训练子集与检验子集之间的交叉比对系数对预测模型展开相关评价工作，选择最优理论模型对土壤的养分综合得分（IFI）进行空间上的预测。

三、结果与分析

1.土壤养分指标一般性描述

根据对924 种土壤养分的描述（表1），样本区土壤养分的空间分布是不均匀的。其中，最显着的分布指标为碱解氮，含量变化范围为30-274 mg·kg-1，差值为244 mg·kg-1；其他营养指标的分布差异为：速效钾＞速效磷＞有机质，差异为：速效钾235 mg·kg-1，速效磷83.3 mg·kg-1，有机物19.2 g·kg-1；各指标养分含量的变化系数为：有效磷结果表明：1.碱解氮＞有效钾＞有机质，均在10%-100%范围内，变化中等。

表1：土壤养分含量一般描述

2.土壤养分综合评价

指标之间的相关性是进行PCA 分析的必要先决条件。因此，在进行主成分分析之前，应对每种土壤养分指数进行相关测试，结果列于表2。从土壤养分的相关系数矩阵可以看出，有机质，碱解氮，有效磷和有效钾在0.01 的置信水平下具有极显着的正相关性，并且所有指标尚未消除，符合因子分析的前提。相关系数为0.316，这可能是由于该地区的土壤管理方法主要是谷物和棉花施肥，水稻灌溉施肥以及更多的短期施肥，导致二者之间的相似性异常偏高。