基于因子和聚类分析的保护性耕作土壤质量评价研究

基于长期定位试验,选择12项反映土壤质量特性的定量因子作为评价指标,采用因子分析对不同耕作模式的土壤质量进行综合评价,并运用欧氏距离最短法对其进行聚类分析。12项理化及生物属性指标归纳为5个公因子:保肥供肥因子、有机质因子、容重因子、磷素因子、酶活性因子。因子得分的结果表明:不同耕作模式的5个公因子优势差异明显。相比较而言传统耕作的土壤质量综合得分最低,说明在研究区保护性耕作模式条件下土壤在物理、化学、生物学性质方面都有所改善,土壤质量有所提高。土壤质量综合得分最高的前3种处理为隔年深松(NS2)、秸秆覆盖联合浅松、旋耕(SR2)、连年深松(NS3),说明深松、旋耕及秸秆还田与旋耕技术联合作业在改善土壤结构和培肥土壤方面优势更突出。聚类分析结果表明,同一耕作措施的不同模式土壤质量差异较小,说明在本研究试验条件下,耕作措施是影响土壤质量的关键因素。

黄土丘陵沟壑区退耕草地土壤质量演变

以黄土丘陵沟壑区土壤的主要功能为依据,选取12个代表性土壤指标,采用因子分析方法析取控制土壤质量的公共因子,分析退耕草地土壤质量的演化机理.结果表明,退耕草地土壤质量的主要影响因子依次为土壤腐殖质因子、水土保持因子和力学因子.永久草地和退耕20a荒坡草地的表层（0～10cm）土壤质量最佳,且均随土层深度的增大而降低.农地40～50cm和0～10cm土层土壤质量最差,但其成因不同,前者主要是腐殖质条件差引起的,而后者主要在于较差的水土保持和力学性能.与农地相比,草地坡面的土壤质量和水土保持性能均显著增强,且荒坡草地的水土保持性能和0～10cm土层土壤质量均随退耕年限的延长而提高.退耕年限（3a）相同的荒坡草地土壤质量显著优于人工草地,但在水土保持性能上前者显著差于后者,这表明人工营造牧草植被不失为控制该区水土流失的一种有效途径.

免耕措施下黑土区坡耕地土壤肥力质量评价

以东北黑土区坡耕地为研究对象,采集不同坡位(坡上位、坡中位、坡下位)深度(0~10、10~20 cm)土壤,研究免耕措施下土壤理化性状及土壤酶活性不同坡位变化情况,并用因子分析和土壤质量指数法综合评价土壤肥力质量。结果表明,免耕后各坡位土壤容重减小,土壤孔隙度扩大,全氮、有机质和速效钾含量增加,土壤脲酶、过氧化氢酶和蔗糖酶活性呈升高趋势。随坡面向下,土壤容重呈减小趋势,土壤孔隙度、田间持水量和土壤含水量呈增大趋势。土壤全氮和有机质含量在不同坡位差异显著(P<0.05),主要集中在坡中位和坡下位较高;土壤铵态氮、土壤硝态氮、土壤有效磷、土壤速效钾含量主要集中在坡上位和坡下位较高,而pH主要集中在坡中位较高。土壤脲酶和过氧化氢酶活性表现为坡上位和坡下位较高,蔗糖酶活性坡中位和坡下位较高。通过因子分析将14项土壤指标分为5个公因子,即土壤肥力、水分、结构、养分和生物学因子。利用土壤质量指数分析坡耕地耕层特征发现,免耕一年后各土层坡下位土壤质量指数高于坡上位和坡中位,免耕两年后各土层为坡中位和坡下位土壤质量指数高于坡上位,说明坡下位形成相对平衡和较高肥力质量的土壤。与免耕前相比,经两年免耕后坡中位土壤质量得到改善。

基于因子分析的不同耕作措施土壤肥力质量评价——以毛乌素沙地南缘为例

【目的】对毛乌素沙地南缘不同机械耕作措施(免耕秸秆覆盖(SM)、免耕留茬(NT)、翻耕覆膜(FM)、传统翻耕(CT))的土壤肥力质量进行综合评价。【方法】基于6年的试验基础,选取13项反映土壤肥力的指标,采用因子分析法对土壤肥力质量进行评价,将13项土壤肥力指标归纳为3个公因子,分别为潜在供肥因子F1、有机质因子F2、生物活性因子F3,计算各耕作措施的综合得分,并且用春玉米产量来验证评价结果。【结果】(1)不同耕作措施下土壤肥力质量得分大小变化趋势为翻耕覆膜>传统翻耕>免耕留茬直播>免耕秸秆覆盖,与春玉米产量变化趋势翻耕覆膜>免耕留茬直播≈传统翻耕>免耕秸秆覆盖基本吻合,评价结果可靠有效。2)免耕秸秆覆盖措施由于秸秆还田微生物消耗大量的养分,造成此措施下3个公因子得分较低,肥力质量综合得分最低;免耕留茬直播措施有机质因子得分最高,说明免耕留茬直播措施有利于土壤有机质积累;传统翻耕措施潜在供肥因子得分最高,有机质因子得分最低,说明传统翻耕措施不利于有机质积累,不能作为发展可持续农业的首选耕作措施;翻耕覆膜措施生物活性因子得分最高,潜在供肥因子得分最低,说明翻耕覆膜措施有利于潜在养分有效化。【结论】基于因子分析的评价方法,能客观准确地反映土壤肥力质量,可以用于土壤肥力质量评价。

不同秸秆还田方式对土壤质量改良效应的综合评价

2011—2016年采取田间定位试验方法,对比研究了秸秆不还田对照(CK),长秸秆(50 mm)覆盖还田(LM),长秸秆(50 mm)翻压还田(LP),粉末秸秆(1 mm)翻压还田(SP),长秸秆(50 mm)氨化翻压还田(ALP)和粉末秸秆(1 mm)氨化翻压还田(ASP)6种不同秸秆还田方式对土壤质量和冬小麦产量的影响。选择土壤体积质量(X1)、饱和导水率(X2)、饱和含水量(X3)、>0.25 mm水稳性团聚体含量(X4)、水稳性团聚体平均重量直径(X5)、水稳性团聚体几何平均直径(X6)、水稳性团聚体分形维数(X7)、总有机碳(X8)、全氮(X9)、可溶性有机碳(X10)、可溶性有机氮(X11)、微生物量碳(X12)、微生物量氮(X13)、土壤呼吸速率(X14)、蔗糖酶(X15)、脲酶(X16)、过氧化氢酶(X17)、碱性磷酸酶(X18)等18个反映土壤质量的物理、化学及生物学指标作为评价指标,采用因子分析方法对不同秸秆还田方式下的土壤质量进行综合评价,并对其进行聚类分析,最后利用冬小麦产量结果进行验证。结果表明:应用因子分析法可将18个土壤指标归纳为2个主因子对土壤质量进行表征,可解释的累计方差为88.583%,各处理土壤质量排列顺序为ASP>ALP>SP>LP>LM>CK,即氨化秸秆还田在土壤质量改良方面优于其它处理。聚类分析结果表明,系统聚类图将6个秸秆还田处理分为4类,分析结果与因子综合得分评价结果较为一致。从不同秸秆还田处理冬小麦产量变化来看,秸秆还田较不还田对照能显著提高冬小麦产量,氨化秸秆还田增产效果优于传统秸秆还田,其中ASP处理5个冬小麦生长季平均产量(7668 kg·hm^-2)最高,这也与土壤质量综合得分的变化趋势比较吻合。在本研究试验条件下,粉末秸秆氨化翻压还田(ASP)改良土壤质量效果最好,为最佳秸秆还田方式。

不同耕作方式下玉米抗旱保苗及土壤蓄水保墒效应的层次递进分析

为了筛选出适宜山西中晚熟玉米种植区的抗旱保苗蓄墒的耕作方式,通过设置耕作时期、耕作方法、深耕(深松)间隔期三因素不完全随机区组试验,研究其对玉米苗期0~30 cm土壤含水量、玉米出苗状况、成熟期0~200 cm土壤贮水量的影响,并采用层次递进分析法,筛选出适宜该区域的抗旱保苗蓄墒的耕作方式。结果表明,耕作方式对0~30 cm土壤含水率、玉米出苗率、成熟期0~200 cm土壤贮水量都有极显著影响;多重比较、层次Q型聚类、综合判别分析法将15种耕作方式分成三大类,分类正确率达100%,筛选出最好的耕作方式是:秋隔年深松+秋旋耕、秋隔年深松+春旋耕,其中,秋隔年深松+秋旋耕、秋隔年深松+春旋耕处理0~30 cm土壤含水量分别为14.8%、15.0%,出苗率分别为93.3%、93.0%,成熟期0~200 cm土壤贮水量分别为418、415 mm,分别较秋旋耕(秸秆不还田)、春旋耕(秸秆不还田)、连旋带播的平均值提高了1.9、2.1百分点,4.4、4.1百分点,44.3、41.3 mm。综上所述,秋隔年深松+秋旋耕、秋隔年深松+春旋耕增加了0~30 cm土壤含水量,提高了0~200 cm土壤贮水量,改善了土壤的蓄水保墒能力,有利于玉米的出苗,可作为该区旱地农业提高土壤蓄水保墒能力的耕作措施。

山东省高密市表层土壤元素地球化学组合特征及意义

以高密市表层土壤测量获得的22项指标为基础,利用SPSS软件对检测结果进行聚类分析和因子分析,结果基本吻合,第一群组为Co、Ni、Cr、V、Mn元素组合,它们主要与研究区地质背景密切相关;第二群组为有机质、N、P元素组合,它们同属腐泥质元素,是腐殖质的主要组成部分;第三群组为Mo、Se、Cd、Pb元素组合,它们主要与人类活动产生的污染有关;第四群组为Cu、Zn元素组合,它们主要与人类活动和农业施肥有关;第五群组为pH、F组合,它们主要受研究区地质背景和F的迁移、聚集影响;I、B、Ge、As、K、Hg与其他元素相关性差,各自形成单元素组,其中I、B、Ge、K等营养类元素主要与各自的地球化学性质有关,As、Hg两个重金属类元素则可能与人类活动产生的污染有关。

机械化保护性耕作条件下土壤质量的数值化评价

通过9年的长期田间定位试验研究了陕西关中平原中部冬小麦-夏玉米轮作条件下深松耕(ST)、旋耕(RT)、秸秆还田(SR)、免耕(NTS)等保护性耕作措施及传统耕作(TT)对土壤理化性状和作物产量的影响,并采用主成分分析方法进行土壤质量的综合评价.结果表明:与传统耕作相比,保护性耕作模式提高了土壤肥力质量,改善了土壤物理环境条件;显著提高了土壤脲酶和碱性磷酸酶的活性;除秸秆覆盖免耕处理的玉米和小麦产量低于传统耕作外,其他保护性耕作措施均不同程度地提高了作物产量,其中小麦增产13%～28%,玉米增产3%～12%.与传统耕作相比,保护性耕作土壤质量指数提高了19.8%～44.0%.综合考虑经济效应和生态效益,隔年深松、秸秆粉碎联合旋耕作业以及秸秆覆盖联合深松作业不仅能增加作物产量还可改善土壤质量,可在研究区进行推广应用.