基于PCA-HCA联合PLS回归模型的蚯蚓粪肥品质等级划分

蚯蚓粪肥理化特性涉及指标多,如何从众多易检测的指标中筛选出能够反映蚯蚓粪肥特点的关键指标,进而用于构建评价模型,高效、快速地评价蚯蚓粪肥的品质等级,是蚯蚓粪肥应用前亟需解决的重要问题与难点。研究针对不同原料类型、不同蚯蚓堆肥时间获得的蚯蚓粪肥,采用统计学与化学计量学对蚯蚓粪肥23个主要指标开展描述统计与相关分析,筛选出了13个蚯蚓粪肥特异性指标。以13个关键指标为基础,首先,结合主成分分析(PCA)与分层聚类分析(HCA)对不同蚯蚓粪肥样品开展品质初级划分;其次,采用偏最小二乘回归(PLS)-判别分析(DA)对分级结果进行效果判定;最后,整体构建基于PLS模型的蚯蚓粪肥等级评价方法并开展验证分析。结果表明:PCA与HCA分析法可将蚯蚓粪肥划分为3个品质等级,通过PLS-DA判别该划分结果合理有效,形成了基于PLS蚯蚓粪肥等级评价模型:蚯蚓粪肥品质等级(Y)=3.0796+0.0026×TOC-0.1381×HS-0.1446×HA-0.1378×TN-0.1355×TP-0.1494×AK-0.1324×AN-0.1402×AP+0.0004×EOC+0.03985×ROC+0.07685×C/N-0.0049×Kos-0.1481×HI(TOC、HS、HA、TN、TP、AK、AN、AP、EOC、ROC、C/N、Kos、HI分别代表总有机碳、腐殖质碳、胡敏酸、总氮、总磷、速效钾、碱解氮、有效磷、易氧化有机碳、难氧化有机碳、碳氮比、氧化稳定系数、腐殖化指数),分级标准为:若Y在0.45~1.56之间,品质等级为一等品;Y在1.63~2.20之间,为二等品;Y在2.28~3.72之间,为三等品。变量权重值表明影响蚯蚓粪肥品质前5的关键指标顺序为HI>TN>HS>HA>AN。研究成功建立了一套“PCA+HCA+PLS”的蚯蚓粪肥品质评价方法,对蚯蚓粪肥分级应用与规范蚯蚓产业市场具有重要意义。