基于主成分分析和聚类分析的...典型植烟区土壤养分综合评价_马志明.pdf

摘要：为了了解山东省植烟区土壤的养分状况和肥力特征，以 20182019 年在山东省烟草主产区潍坊、日照、临沂三地采集的 227 份土壤样本为研究对象，采用主成分分析和系统聚类分析方法，对植烟区土壤的养分状况进行了综合评价。结果表明：山东省植烟区土壤 pH 值为 4.707.93，整体偏酸；有机质和碱解氮养分含量较匮乏，速效钾和微量元素有效硼养分含量缺乏严重；有效磷、交换性钙、交换性镁和有效铁养分含量充足，有效锌养分含量丰缺并存。根据土壤养分综合得分，将山东省植烟区土壤肥力划分为较高（I 级）、适宜（级）和偏低（级）3 个等级水平，其中 I 级和级肥力水平的土壤样本数占比为 81.50%，整体适宜烟草植株生长。不同典型植烟区的土壤肥力水平顺序为潍坊日照临沂。根据山东省典型植烟区土壤养分条件，应重视土壤科学管理和肥料合理施用，增施有机肥，配施无机肥，补施钾肥，提高土壤 pH 值和有机质含量，同时注意补充硼、锌等微量元素养分。关键词：山东省；烟草土壤；主成分分析；聚类分析；养分综合评价中图分类号：S158文献标识码：A文章编号：1008-1631（2023）01-0066-07收稿日期：2022-05-19基金项目：国家重点研发计划项目（2016YFD0200401）作者简介：马志明（1995-），男，河北承德人，助理农艺师，硕士，主要从事新型肥 料 与 现 代 施 肥 技 术 研 究。E-mail：。通讯作者：高璐阳（1987-），男，山东菏泽人，农艺师，硕士，主要从事新型肥料研发及养分资源高效利用研究。E-mail：Comprehensive Evaluation of Soil Nutrients in Typical Tobacco Planting Areas in Shandong ProvinceBased on Principal Component Analysis and Cluster AnalysisMA Zhi-ming1，GAO Lu-yang1，2*（1.Xinyangfeng Agricultural Technology Co.，Ltd./Key Laboratory of Special Fertilizers for Crops of Ministry of Agriculture and Rural Affairs，Jingmen 448000，China；2.Shandong Xinyangfeng Fertilizer Co.，Ltd.，Heze 274000，China）Abstract：In order to understand the soil nutrient status and fertility characteristics of tobacco planting areas inShandong Province，227 soil samples collected in Weifang，Rizhao and Linyi，the main tobacco producing areas of Shandong Province，from 2018 to 2019 were taken as the research objects，and the soil nutrient statusof the tobacco planting areas was comprehensively evaluated using principal component analysis and systematiccluster analysis.The results showed that the pH value of the soil was 4.70-7.93，which was acid as a whole.The contents of organic matter and alkali hydrolyzable nitrogen were relatively deficient，and the contents ofavailable potassium and microelement available boron were seriously deficient.The contents of available phosphorus，exchangeable calcium，exchangeable magnesium and available iron were sufficient，and the contents ofavailable zinc were abundant and deficient.According to the comprehensive score of soil nutrients，the soil fertility of tobacco planting areas in Shandong Province was divided into three levels:high（Level I），suitable（Level II）and low（Level III）.The number of soil samples with Level I and Level II fertility levels accounted for 81.50%，which was suitable for the growth oftobacco as a whole.The order of soil fertility in different typical tobacco planting areas was Weifang RizhaoLinyi.According to the soil nutrient conditionsintypicaltobaccoplantingareasinShandongProvince，it should be paid attention to that scientificmanagement of soil and the rational application offertilizer，increasing the application of organic fertil马志明1，高璐阳1，2*（1.新洋丰农业科技股份有限公司/农业农村部作物专用肥料重点实验室，湖北荆门448000；2.山东新洋丰肥业有限公司，山东菏泽274000）基于主成分分析和聚类分析的山东省典型植烟区土壤养分综合评价DOI：10.12148/hbnykx.20230009河北农业科学，2023，27（1）：66-72Journal of Hebei Agricultural Sciences编辑杜晓东第 1 期烟草是我国重要的经济作物，良好的土壤环境是烟草正常生长的前提，适宜的土壤养分是烟草优质、高产的基础1。植烟区土壤养分的丰缺状况直接影响烤烟植株的生长发育和营养水平，进而影响烟草产品质量2，3。近年来，随着化肥投入量的增加，植烟土壤酸化、有机质匮乏、微生物活性下降等问题日益加剧，限制了烟草的可持续生产和烟叶品质提升4，5。传统施肥方式已不能满足现代烤烟生产的需求，在精准测定土壤养分的基础上，综合评价土壤肥力水平，推广精准施肥技术，可以保障土壤养分有效供给，提高烟叶生产的整体水平6。随着统计分析软件的普遍应用，一些学者选取不同的分析方法对烟区土壤的养分状况进行了综合评价。唐佐芯等7利用主成分和聚类分析方法对红河州烟区土壤进行评价，发现地形、海拔、pH 值以及有机质、有效磷、有效硼、有效钼和水溶性氯含量是影响该区土壤养分水平的主要因子。贾海江等8通过相关分析和模糊数学法对昌宁植烟区土壤的养分特征及肥力进行综合评价，结果显示，昌宁县植烟区 61.28%的土壤肥力状况良好。韦建玉等9利用模糊数学和偏相分析法对重庆市主要烟区土壤的肥力状况进行综合评价，发现有机质含量对土壤综合肥力指数贡献最大，重庆市烟区土壤肥力因子多处于强变异水平。当前，土壤肥力评价越来越侧重对多个影响因子的综合性评价。山东省是我国烟草主产区之一，2020 年该省烟草种植面积达 1.82 万 hm2，产量 4.72 万 t，主要种植区集中在潍坊、日照、临沂等地10。截至目前，针对山东省不同烟草种植区土壤养分状况的系统研究较少，缺乏对全省植烟区土壤肥力的综合评价。以山东省典型植烟区土壤样本为研究对象，采用主成分分析和聚类分析方法对植烟区土壤的养分状况进行综合评价，以期为山东省典型植烟区土壤的养分管理和科学施肥提供参考。1材料与方法1.1研究区概况山东省为沿海地区，地处北纬 3422.93824.0、东经 11447.512242.3，属温带季风气候，春秋较短、冬夏较长，四季分明，雨量集中。该区年降水量550950 mm，平均降水量 680 mm，年平均气温1114 11，气候条件适宜烟草植物生长。1.2土壤样本采集与分析1.2.1土壤样本采集20182019 年在山东省潍坊、日照、临沂烟草主产区采集土壤样本 227 份，其中潍坊市 54 份、日照市 45 份、临沂市 128 份。在每个土壤采样点，均依据均匀性和代表性原则，按照“S”型五点取样法随机选择 5 个点采集土壤，取样深度为020 cm，剔除落叶、根系等杂物后混合为 1 个样本，采用四分法留存 1 kg 左右作为该采样点的土壤样本，然后装入自封袋，并记录采样日期、地点等基本信息。土壤样本风干后研磨、过筛，备用待测。1.2.2土壤指标分析土壤分析指标包括有机质含量，pH 值，碱解氮、有效磷、速效钾含量，交换性钙、交换性镁含量，以及微量元素有效铁、锌、硼含量。其中，有机质含量测定采用重铬酸钾容量法-外加热法；pH 值测定采用 pH 计进行（水土比为 2.5 1）；碱解氮含量测定采用碱解扩散法；有效磷含量测定采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法；速效钾含量测定采用乙酸铵浸提-火焰光度计法；交换性钙、镁含量测定采用乙酸铵浸提-原子吸收分光光度法；微量元素铁、锌、硼含量测定采用 DTPA 浸提-原子吸收分光光度法12，13。1.3土壤养分状况评价1.3.1土壤养分评价指标体系构建参照 中国植烟土壤及烟草养分综合管理 14和 全国第二次土壤普查暂行技术规程 15，确定植烟区土壤养分评价指标体系（表 1）。1.3.2土壤肥力评价方法土壤养分状况受土壤类型、母质、施肥量等多种因素的影响。土壤肥力是土壤众多养分因子综合作用的结果，土壤评价因子应尽可能选择与土壤肥力相关的因子16。1.3.2.1主成分分析。主成分分析方法是以最小数据集原理为基础，对所有综合指标进行降维，筛选出几个彼此不相关的因子，用以反映原来所有指标提供的大部分信息17。本研究中，采用主成分分析方法18对山东省植烟区土壤 pH 值以及有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、交换性钙、交换性镁、有效铁、有效锌和有效硼含量 10 项养分因子进行降维，得出综合反映土壤肥力的指标特征值（），依据 1 原则确定最终评价指标；并根据土壤养分综合得分公式 IFI=1F1+izer，combining with inorganic fertilizer，supplementing potassium fertilizer，increasing the soil pH value andorganic matter content，and paying attention to the supplement of boron，zinc and other trace element nutrients.Key words：Shandong Province；Tobacco soil；Principal component analysis；Cluster analysis；Comprehensiveevaluation of nutrients马志明等