基于主成分分析的四川高縣土壤肥力評價*

李玲琳

（高縣農業農村局，四川 宜賓 645154）

高縣是四川省瀘州市下轄縣，位于四川盆地南部，年平均氣溫18.1 ℃，極端最高氣溫38.2 ℃，極端最低氣溫0.7 ℃，全年降水1 179.4 mm[1]。高縣轄區內土壤類型有水稻土、潮土、紫色土、黃壤四種類型[2]。高縣土壤成土母質復雜，土壤肥力差異大，土壤天然有機質含量中等偏低，缺素土壤占有一定比重，高產穩產農田較少，中低產農田面積大，占土壤面積的65.28%，其中水稻土占耕地面積的21.84%。全縣土地利用結構不合理，生產力水平較低下，經濟效益不高，且耕地質量較差[3]。為了響應國家高標準農田建設，本研究通過調研，大量采集高縣種植區農田土壤樣品，對土壤主要養分指標進行測定，并綜合客觀地評價土壤肥力狀況，為高縣農業種植區土壤改良及精準施肥提供參考[4]。

1 材料與方法

1.1 土樣采集與處理

本次調研于2021 年9 月開展，調研區域包括大窩鎮、復興鎮、嘉樂鎮、蕉村鎮等19 個主要農業種植鄉鎮，區域內農田均屬四川盆地農林區，調研取樣點如圖1所示。

圖1 高縣農田土壤采樣點位圖

本次調研每個點位采集5 份土壤樣品，共計95份。采樣時，利用奧維地圖GPS 定位系統，每個鄉鎮土塊均采集0~20 cm 土壤表層的泥土樣品，按照“S”型路徑隨機選擇5 點取樣，5 點樣品混合后，用四分法取1 kg 左右的土壤樣品代表該鄉鎮地塊土壤[5]。所有土壤樣品記錄好取樣日期、位置。土樣放在實驗室烘干箱用60 ℃烘干，分別用于不同土壤指標測定。

1.2 測定項目與方法

測定項目及方法如下：土壤pH 采用電位計法測定（土水質量比取1∶2.5）；天然有機質濃度采用重鉻酸鉀容量法（外加熱法）測定；全氮濃度采用半微量凱氏定氮法測定；堿解氮濃度采用堿解擴散法測定；有效磷濃度采用氟化銨-鹽酸浸提-紫外分光光度法測定；速效鉀濃度采用乙酸銨浸提-火焰光度法測定；緩效鉀濃度采用硝酸煮沸浸提-火焰光度法測定。

1.3 數據處理

數據經Excel 整理后利用SPSS 26.0 軟件的描述統計對土壤中各理化指標進行平均數、標準差、變異系數等的分析，并利用SPSS 26.0 軟件的因子降維分析方法進行主成分分析[6]。

1.4 土壤養分等級分析

土壤pH、天然有機質、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀分級參考土壤養分分級標準[7-8]，如表1、表2所示。

表1 土壤pH分級標準

表2 土壤養分分級標準

2 結果與討論

2.1 養分等級分析

采用1.2 中的測定方法對19 個鄉鎮的土樣樣品容重、pH、天然有機質、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、緩效鉀進行測定，其結果如表3 所示。

表3 高縣19個鄉鎮農田土壤指標測試結果

土壤肥力評估是通過數理統計學的方法分析采集土地樣品的土壤屬性特性差異，進而評估整個地區的農業土壤肥力狀況，通過Excel 對土壤屬性進行統計，土壤各指標隸屬度值統計表如表4、表5所示。

表4 土壤pH狀況

表5 土壤屬性統計表

高縣19 個鄉鎮中雙河鄉、文江鎮、瀠溪鄉的土壤pH 值最低，均為5.1；勝天鎮的土壤pH 值最高，為8.7。高縣19 個鄉鎮中酸性土壤占比為42.2%，堿性土壤占比為31.6%。

高縣19 個鄉鎮中57.9%土壤天然有機質濃度處于三級及以上水平（即一、二、三級），羅場鎮的天然有機質濃度最低，為10.2 g/kg；蕉村鎮的天然有機質濃度最高，為47.9 g/kg。高縣19 個鄉鎮中84.2%土壤全氮濃度處于三級及以上水平（即一、二、三級），蕉村鎮的全氮濃度最高，為2.09 g/kg，可久鎮的全氮濃度最低，為0.70 g/kg。高縣19 個鄉鎮中57.9%土壤堿解氮濃度處于四級及以下水平（即四、五、六級），52.6%土壤有效磷濃度處于四級及以下水平（即四、五、六級），57.8%土壤速效鉀濃度處于四級及以下水平（即四、五、六級）。

土壤酸堿性是土壤理化性能的最重要的參數之一，對土壤肥力好壞、物質循環、微生物生長活性以及農作物的代謝成長均有極為顯著的作用[9-10]，土壤過酸會導致土壤礦物質營養元素缺乏等問題，從而使農作物的產量及質量大幅下降[11]。影響土壤pH 值以及使土壤表現酸性的原因不少，而土壤在自然界下酸化速度較為緩慢，所以經常性的人為活動如耕地、施肥等是導致土壤酸化速度加快的最主要原因之一[12]。可以通過使用土壤改良劑改善土壤物理性質，并促進農作物的生長。

2.2 肥力等級分析

通過主成分分析法比較不同采樣點的肥力等級[13-14]，主要因素的均方差和方差累計貢獻如表6 所示。成分矩陣如表7 所示，通過將成分矩陣除以對應的主成分特征值的平方根得到其對應的系數，再將所得系數矩陣與標準化處理后的數據相乘得到各主成分的評價函數及綜合評價函數Y。

表6 特征值和主成分貢獻率及累積貢獻率

表7 成分矩陣

根據綜合評價函數Y 的得分情況，給予土壤肥力定量化描述，得分越高，表明肥力評價越好，各采樣點基于主成分分析法的土壤肥力綜合評價結果如表8所示。土壤肥力綜合評價結果表明：四烈鄉土壤最肥沃，其次為勝天鎮，雙河鄉土壤最貧瘠。

表8 基于主成分分析法的土壤肥力綜合評價結果

3 結論

1）高縣酸性、堿性土壤占比較大，中性土壤較少。高縣19 個鄉鎮土壤有機質、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀等養分總體上處于中等水平，不同地區間差異較大。

2）主成分分析肥力評價法結果表明：四烈鄉土壤最肥沃，其次為勝天鎮，雙河鄉土壤最貧瘠。

3）建議高縣種植戶重視土壤酸堿化的治理，合理施用氮磷鉀肥料，加大有機肥的使用量，防止工業污染，提高土壤肥力。