基于主成分-聚类分析评价不同轮作模式对土壤肥力的影响

为探明我国西北半干旱区"粮经饲"不同轮作模式的土壤肥力效应,于2017年在宁夏自治区固原市原州区设置玉米-豌豆(C-Pe)、玉米-玉米(C-C)、2龄苜蓿(2A)、高粱-马铃薯(B-Po)、燕麦-玉米(O-C)、马铃薯-燕麦(Po-O)、豌豆-高粱(Pe-B)7种轮作处理模式,研究了不同粮草轮作模式土壤养分、酶活性及可培养微生物群落特征,并进行土壤肥力综合评价。结果表明:(1)不同轮作处理模式对土壤养分影响显著,与其他轮作模式相比,2A模式更有利于土壤养分的累积,而C-C模式增加了对养分的消耗,C-Pe和Po-O模式的有机质、全氮、速效氮、速效磷和速效钾含量高于B-Po和O-C模式,轮作处理对全钾含量影响较小。(2)不同轮作处理模式对土壤酶活性影响显著,2A模式较其他轮作模式显著增加了土壤脲酶和蔗糖酶活性(P<0.05),C-C模式土壤酶活性最低。O-C和Pe-B模式的蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶活性高于B-Po模式。(3)不同轮作处理模式对土壤可培养微生物数量影响显著,且各轮作模式下土壤微生物数量以细菌占绝对优势,放线菌次之,真菌数量最少,并有明显的土层垂直分布规律,与其他轮作模式相比,2A、C-C和B-Po模式的细菌数量和微生物总数量显著下降(P<0.05),真菌数量显著增加(P<0.05),O-C模式的细菌数量和微生物总数量明显增加,真菌数量降低。(4)运用主成分分析-数值聚类方法对不同轮作模式下土壤养分、土壤酶活性、土壤微生物数量的15个指标进行土壤肥力综合评价,主成分分析提取的2个主成分累计贡献率达89.38%,第1主成分以土壤有机质、全氮、速效氮、全磷、速效磷、速效钾、蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶贡献最大,达63.56%,第2主成分以细菌数量、真菌数量和微生物总数贡献最大,达25.82%,且各轮作模式在2个主成分上的综合得分排名为2A>Pe-B>C-Pe>O-C>Po-O>B-Po>C-C。再以2个主成分得分进行聚类,将7个模式共分为3类,第1类(2A)土壤综合肥力最好;第2类(Pe-B、O-C、C-Pe、Po-O、B-Po)土壤综合肥力较好;第3类(C-C)土壤综合肥力较差。研究结果为当地耕作方式改良提供理论依据和实践指导。     

四川省凉山州新植烟区土壤养分状况分析及综合评价

在分析四川省凉山州植烟土壤肥力指标的基础上,建立了植烟土壤肥力适宜性评价指标体系,并运用模糊数学和主成分分析法对土壤肥力水平进行了评价及分级。结果表明:(1)凉山州植烟土壤pH适宜,土壤有机质、碱解氮、速效钾含量多处于中等偏低水平;有效磷,交换性钙、镁处于中等偏高水平;有效铁、锰、锌、钼均以很丰富等级为主,水溶性硼与水溶性氯多处于中等偏低水平,而有效钼在各等级之间均有一定比例分布。(2)凉山州植烟区土壤适宜性指数变幅为0.25⁰.95,平均值为0.64,变异系数为21.87%。(3)根据土壤适宜性指数(SFI)将凉山州土壤肥力分为高、较高、中等、较低和低5个等级,属于中等以上的植烟区土壤所占的比例为94.94%,无样品分布在低水平。其中布拖县SFI最高,喜德县SFI最低,其余地区SFI居中。     

贵州铜仁地区主要烟区植烟土壤养分状况

为明确贵州省铜仁烟区土壤养分状况,为优质烟叶的生产提供理论依据,从铜仁地区4个主要植烟县区采集90个土壤样品,分析其养分含量,并采用主成分分析法和模糊数学隶属度函数模型,通过估算土壤适宜性指数(SFI)对土壤养分状况进行综合评价。结果表明:铜仁地区植烟土壤pH值偏高,土壤有机质含量平均为26.1 g/kg,较为丰富,土壤全氮和碱解氮含量适宜,部分土壤全磷含量偏低,速效磷含量较高,土壤全钾含量偏低,土壤速效钾不均衡,适宜范围150~220 mg/kg的土壤样品只占24.44%。土壤肥力存在广泛变异,其土壤肥力指标(SFI)值平均为0.68,变幅为0.29~0.94,变异系数为17.04%。根据SFI值的大小将全区土壤肥力分为高、较高、中等、较低和低5个等级,其中高和较高等级肥力的土壤占45.56%,其中德江的SFI平均值较高,而思南的IFI平均值较低。在生产过程中,应针对不同烟区的土壤养分状况强调因地制宜、分类指导,采用不同的烤烟专用复合肥配方,提高植烟土壤的养分均衡供应能力。     

基于因子-聚类分析的菠萝园土壤养分状况评价

为了解海南万宁市和琼海市菠萝主产区土壤养分现状,调查测定了240个土壤样品养分含量,分别进行单项养分指标等级评价和基于因子聚类分析综合评价。等级评价结果表明,调研区域土壤酸化现象严重,pH <4.5的强酸性土壤占比达78.33%;土壤有机质含量普遍较低,有55.83%的调研地块有机质含量处于缺乏状态<2%;82%以上地块土壤碱解氮和速效钾缺乏;土壤速效磷含量较高,处于中等及以上等级地块比例占82.92%;交换性钙和交换性镁含量普遍缺乏;微量元素有效锌、有效铜和有效硼在部分地块含量较低,分别有17.05%、46.25%、34.17%处于较缺乏及以下等级水平。因子分析表明,测定的10项养分指标可提取出4个公因子,其中因子1和因子2表征的有机质、碱解氮、速效钾、pH、交换性钙和交换性镁是影响菠萝园土壤养分综合状况最主要的因素。进一步对土壤养分综合评价值IFI值进行聚类分析可知,万宁市菠萝园土壤IFI值范围为-0.669～1.605,均值为0.104,其中仅有29.16%的土壤处于中等及以上肥力水平;琼海市菠萝园土壤IFI值范围为-0.767～1.113,均值为-0.104,仅有17.50%的土壤处于中等及以上肥力水平;整体来说,万宁市菠萝园土壤养分综合评价状况优于琼海市菠萝园土壤。     

南京设施蔬菜土壤障碍因子防治研究

随着设施蔬菜面积进一步扩大和蔬菜生产的规模化、集约化,因复种指数高、种植品种单一、过分密植等造成的蔬菜连作障碍问题也日益突出。据了解,南京市3年以上设施菜地均不同程度存在土壤连作障碍,严重影响了蔬菜生产和农民收益,正成为南京市设施蔬菜产业优质高效发展的重要制约因素,是当前设施蔬菜生产上亟待解决的难题。本文通过对土壤酸化、盐渍化、有益微生物活性降低等障碍因子的调查,分析了南京市设施土壤连作障碍的现状,并对防治措施进行了思考与建议。     

基于BP神经网络的工业生态安全动态评价及障碍因子诊断

[目的]对安徽省工业生态安全进行评价和预测,为安徽省工业生态安全可持续发展提供科学依据.[方法]基于压力、状态、响应框架和生态、环境、经济、社会框架构建工业生态安全评价指标体系,采用聚类工具进行安全等级划分,结合熵权法和综合指数法评价2009-2018年安徽省工业生态安全水平,运用BP神经网络模型对2019-2025年...     

不同植烟模式对烤烟产质量、土壤养分和酶活性的影响

在贵州烟区具有代表性的第四纪黄壤上,进行了连续6年的田间定位试验,研究了烤烟连作,烤烟-玉米轮作和玉米-烤烟-烤烟轮作三种种烟模式对烤烟的产量和品质,土壤养分以及酶活性的影响。结果表明,烤烟连作降低烤烟的产量、质量和土壤pH,提高有效磷和速效钾含量,抑制脲酶和蔗糖酶活性,增加过氧化氢酶活性。相反,烤烟-玉米轮作和玉米-烤烟-烤烟轮作有益于提高烤烟的产量和质量,是值得推广的种烟模式。     

红壤坡耕地耕层土壤质量退化特征及障碍因子诊断

坡耕地耕层质量退化是在土壤侵蚀等自然因素和农业耕作等人为因素综合作用下,在坡面尺度上耕层土壤剖面损毁、土壤养分贫瘠化、农作物-环境调控能力衰退或完全丧失的农业生态过程。该文以红壤小流域坡耕地耕层为研究对象,采用耕层质量退化指数法（cultivated-layer degradation index, CLDI）分析了坡耕地耕层质量退化特征,基于主成分分析法明确了耕层退化的主导因素及关键驱动因子,采用障碍因子诊断模型界定了坡耕地耕层质量主要障碍因素及障碍程度。结果表明：红壤小流域坡耕地耕层质量以中、轻度退化程度为主（样点占比70.4%）,重度退化耕层样点占比11.1%,无退化耕层样点占比18.5%;导致坡耕地耕层质量退化的人为驱动因素有单位坡耕地面积农业投入、耕作方式、单位坡耕地面积机械总动力和单位坡耕地面积化肥施用量。随耕层退化程度加剧,耕层土壤pH值呈先大幅减小后趋于平稳的变化趋势,轻度退化耕层土壤pH值降低幅度可达9.8%;与无退化程度相比,不同退化程度下红壤坡耕地耕层厚度呈逐步薄化趋势,重度退化耕层薄化率可达8.9%,这与降雨侵蚀和农户耕作方式不合理因素有关。红壤坡耕地耕层质量主要障碍因素表现为土壤黏粒含量多、pH值小、耕层薄化和土壤抗剪强度小,平均障碍度分别为0.15、0.14、0.13和0.10;土壤黏粒含量、pH值和耕层厚度障碍度随退化程度加剧呈增大趋势,土壤抗剪强度障碍度呈逐渐减小趋势,其他耕层土壤属性参数障碍度无明显变化;适度深松（30～48 cm）与合理施肥是改善耕层质量的有效措施。研究结果可为科学认识红壤坡耕地耕层质量退化特征,明确耕层质量改善途径及合理耕层构建提供参考。     

大棚土壤障碍因子综合改良技术研究初报

田间小区试验对土壤深翻+秸秆覆盖和土壤深翻+秸秆覆盖+土壤改良剂两种改良措施在大棚土壤改良效果进行研究,结果表明:两种改良技术均能明显改善和消除大棚土壤障碍因子,能使土壤>0.25mm水稳性团粒含量显著增加,表层土壤水溶性盐含量明显下降,土壤通透性改善,土壤疏松不板结,显著提高黄瓜、辣椒产量和品质,经济效益显著,以土壤深翻+秸秆覆盖+土壤改良剂处理改良效果最好,为大棚土壤障碍因子改良提供了新途径。     

新疆棉田土壤养分限制因子的系统研究

于1996～2002年在新疆4个主要棉区，采集21个点的主要类型耕层土壤，应用土壤养分状况系统研究法，根据土壤分析、吸附试验和盆栽试验的结果确定试验方案，阐述了新疆主要棉区土壤养分状况的差异性、土壤主要养分限制因子和氮磷钾肥对棉花的增产效益，结果表明：氮、磷是棉田土壤养分的第一、第二限制因子，钾和锌已成为新疆棉田土壤养分的限制因子或潜在限制因子，硼和锰各地表现不同，其主要养分的平均缺乏顺序为N〉P〉K〉Zn〉B〉Mn。施用氮肥、磷肥和钾肥对棉花的增产效益分别为1．62kg／kgN，1．85kg／kgP2O5和2．71kg／kgK2O。     

基于主成分和聚类分析的黑土肥力质量评价

【目的】 以吉林省农业科学院 (公主岭) 国家黑土长期定位试验基地为研究平台,定量评价不同施肥措施对土壤肥力质量的影响,为建立东北黑土区合理施肥模式和土壤肥力质量定量评价体系提供科学依据。 【方法】 通过主成分和聚类分析,综合评价了长期不同培肥措施的土壤肥力质量差异。以欧氏距离作为衡量不同处理肥力差异的大小,采用最短距离法对各定位施肥处理进行系统聚类。 【结果】 长期不同施肥处理的玉米产量与土壤酶活性、土壤全量养分、速效养分、有机质、微生物碳和微生物量氮都表现出显著或极显著正相关,与土壤pH值表现出负相关趋势。玉米产量与土壤硝态氮、铵态氮没有明显的相关性。土壤生物肥力与化学肥力呈极显著的正相关关系。土壤肥力质量排序为 1.5 (NPK + M1) > NPK + M2 > NPK + M1 > NPK + M1 (R) > NPK + S > NPK > CK,其中R表示轮作。不同培肥措施的土壤肥力质量可聚为4类, 1.5 (NPK + M1) 和CK单独聚为一类,分别为土壤肥力质量最好 (一等) 和最差 (四等); NPK + M2、NPK + M1、NPK + M1 (R) 三个处理聚为一类,土壤肥力质量为二等; NPK + S和NPK聚为一类,土壤肥力质量为三等。 【结论】 长期有机肥与化肥配施土壤肥力质量明显优于秸秆还田和单施化肥处理,秸秆还田的土壤肥力质量优于化肥单施。因此,应提倡长期有机无机肥配施以提高土壤肥力质量,实现农田的可持续利用。      

基于主成分与聚类分析的苹果加工品质评价

为了探讨苹果品种间理化品质的差异,给选育新品种和苹果合理加工利用提供理论支持,采集了30个苹果品种为试材进行模式识别分析。该试验所用苹果在2011年8-10月份按照苹果可采成熟度(九成熟)在辽宁省兴城市国家种质资源圃进行采集。试验测定了单果质量、体积、密度、果皮颜色、硬度、糖酸比、维生素C等20项理化品质指标,采用描述性统计、主成分和聚类分析方法对苹果品种和品质关系进行了分析。结果显示,30个品种苹果的密度、果型指数和含水率3项指标未表现出差异。对剩余17项品质指标进行了主成分分析,依据主成分解释总变量和碎石图提取了6个主成分反映原变量的82.3%的信息。第一主成分主要综合了可滴定酸、糖酸比及固酸比的信息即口尝品质因子;第二主成分主要综合了L值,a值和b值的信息,命名为颜色因子;其余主成分依次为甜度因子、质构因子、内在品质因子和果个大小因子。结合主成分得分图直观地显示了苹果品种和理化指标间关系:辽伏、理想、早金冠和瑞光分布在PC1和PC2的正向区间,糖酸比和固酸比值较大、口感好,但是果皮颜色较绿,是品质较好的早熟苹果;寒富、赤阳和红富士依次落在PC1和PC2第四区间,食用品质好、果皮颜色较红,是较为常见的晚熟苹果。分布在第二区间的普利阿姆,白星,Pvma果皮颜色绿且口感酸涩,不适宜鲜食,这些品种可能较为适宜进行加工。第三区间品种固酸比、甜酸比取值较小但是果皮颜色红,为选育果皮颜色受消费者喜爱且内在品质好的早熟品种提供了理论支持。聚类分析将30个品种苹果分为5类,聚类结果与主成分得分图结果基本一致,该试验初步判定30个品种苹果是否适宜鲜食,为苹果品种选育和加工应用利用提供理论依据。     

基于主成分分析和聚类分析的磷高效品种筛选和评价

通过探究不同小麦品种磷利用效率差异,筛选出磷高效小麦品种,为培育磷高效小麦提供理论依据。本研究在“国家潮土肥力与肥料效益监测站”进行,通过对27个小麦品种的12个磷效率相关指标进行主成分分析和聚类分析,从而将不同磷效率类型小麦品种进行分类。结果表明,12个磷效率指标存在不同程度的变异,变异系数范围为2.72%～37.69%;通过主成分分析法提取的3个主成分累积贡献率为90.04%,在主成分分析的基础上进行聚类分析,初步将供试小麦品种分为3种磷效率类型。初步筛选出2个磷高效品种(许科168、洛麦34),磷中效品种4个,磷低效品种21个。     

基于主成分分析红壤有效含水量估算模型

季节性干旱是南方红壤地区农业可持续发展面临的关键科学问题,土壤有效含水量是评价土壤对植物给水能力的重要因子之一。该文以红壤为研究对象,在江西省采集了34个红壤样品,测定了土壤田间持水量、永久萎蔫系数、有机质含量、土壤容重、土粒密度和土壤质地组成(砂粒,粉砂粒和黏粒)的百分含量等土壤物理参数,并对这些因子进行主成分分析,建立经验回归模型,相关系数为0.87。结果表明：区域红壤有效含水量可以通过土壤物理参数估算,通过主成分分析等统计方法对于大面积估算土壤有效含水量是可行的。     

轮间作系统对烤烟产量、品质和土壤养分的影响

选择贵州省黔南烟区有代表性的植烟土壤,采用烤烟单作和间作（烤烟∥红薯和烤烟∥花生）,并在同一地块上实施年内间作,年间就地轮作的新型种植系统,连续6年研究了该系统对烟叶产量、品质和土壤养分的影响。结果表明:年内间作,年间就地轮作系统单位面积烟叶产量和产值连续六年显著高于烤烟单作,产量和产值平均提高11.3%和20.4%,作物总产值显著提高,并显著降低青枯病发病率约11.0%,烟叶化学成分含量适中,比例协调。年内间作,年间就地轮作系统种植6年后对土壤全量养分无显著影响,但显著改善土壤有效养分含量,适时保证养分供应,与烤烟单作系统相比,更能保持适宜的土壤有效养分比例,促进烤烟均衡吸收养分。因此,年内间作,年间就地轮作系统有利于减轻烤烟连作障碍,是值得推广的新型烤烟种植系统。     

烟稻轮作模式下烤烟增密减氮的主要化学成分效应分析

【目的】增密减氮是一项绿色增产增效技术,明确我国南方烟稻轮作模式下烤烟增密和减氮的可行性,对指导特色优质烟叶开发具有重要意义。【方法】在湖南邵阳烟区烟稻轮作田块进行了密度和施氮量双因素三水平完全随机田间试验。三个种植密度分别为16667（习惯种植密度）、18182和20000株/hm2,三个施氮量分别为N 105、120和135 kg/hm2。测定了烤后烟叶主要化学成分,采用隶属函数对化学成分数据进行标准化,用主成分分析计算每个成分权重,构建了烟叶化学成分可用性指数,采用p2分析了烤烟种植密度和施氮量及其互作对烟叶化学成分的效应。【结果】烤烟化学成分可用性指数以种植密度18182株/hm2和施氮量120 kg/hm2组合处理最高,其次是密度18182株/hm2和施氮量135 kg/hm2组合处理。施氮量对烟叶化学成分可用性的效应约为46.3%,种植密度对烟叶化学成分可用性的效应约为30.1%,种植密度和施氮量互作对烟叶化学成分可用性的效应约为23.6%。【结论】采用p2更能客观地定量分析种植密度和施氮量及其互作对烟叶化学成分的影响。种植密度、施氮量及二者互作对烟叶化学成分可用性的效应不同,以施氮量为主,其次是种植密度。与邵阳当地和我国南方类似地区现行的种植密度（16675株/hm2）和施氮量（N 135 kg/hm2）相比,邵阳地区烤烟适当增加种植密度和减施氮肥是可行的,烟稻轮作模式下烤烟推荐种植密度和施氮量分别为18182株/hm2、120 kg/hm2。     

基于主成分分析不同种养模式下的土壤肥力评价

为探究不同种养模式对稻田土壤肥力的贡献,筛选出适合推广的生态种养模式。在韶关市仁化县扶溪镇紫岭村水稻田开展了 2 年田间试验,设置水稻单作(CK)、油稻轮作(T1)、鸭稻共作(T2)和油 稻鸭模式(T3)4 个处理,分析水稻种植后不同处理土壤机械组成、容重、pH、有机质、有机碳、全氮、 碳氮比、碱解氮、有效磷、速效钾的差异。结果发现,与 CK 相比,T3 处理土壤容重、pH、碳氮比显著下降(降 幅分别为 24.63%、8.78%、23.98%),土壤有机质、有机碳、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾均显著提高(增幅 依次为 21.66%、21.66%、57.75%、24.64%、20.81%、26.43%);T2 处理土壤容重、pH、碳氮比显著下降(降幅依 次为 19.34%、8.78%、16.01%),土壤有机质、有机碳、全氮、碱解氮、速效钾均显著增加(增幅依次为 15.19%、 15.19%、36.31%、17.02%、18.81%);T1 处理土壤容重显著下降(降幅 11.95%),土壤 pH、有机质、有机碳、 全氮、碳氮比、碱解氮显著增加(增幅依次为 3.03%、11.29%、11.29%、7.01%、4.76%、10.49%)。主成分分析 结果显示土壤肥力综合排名:T3>T2>T1>CK。因此,T3 处理更有利于改善稻田土壤各项理化指标,土壤培肥效果 最好。     

基于拟脑智能系统的烤烟烟叶分级研究

对烟叶进行检测与分级是控制烟叶质量的重要手段之一.研究烟叶质量的合理表征参数及其自动提取方法,以及烟叶辅助分级系统,是迫切需要解决的问题.应用人工智能方法和计算机技术进行烤烟烟叶自动分级,提出一种借鉴生物脑信息处理结构的烤烟烟叶智能分级系统.该系统由思维模型、感觉模型和行为模型3个子系统构成,分别模拟分级专家的思维智能、感知智能和行为智能,具有学习与记忆、判断与模糊推理、分级决策等多种思维功能,以及图像自动采集、上下位机通信等协调与控制功能.应用该系统进行烟叶分级试验的结果与分级专家分级结果的平均一致率可达到85%,与人工分级水平相当.     

Forest soil acidification assessment using principal component analysis and geostatistics

Soil acidification and consequent Al release is a problem particularly under forests in mountainous areas of the Czech Republic. It is controlled by a number of factors, like acid deposition, forest type, parent rock, altitude, etc. The Jizera Mountains region presents an area heavily influenced by acidification and forest decline. This paper focused on the effect of stand factors on spatial distribution of soil characteristics of the surface organic (O) and sub-surface (B) horizons from 98 sites using a combination of principal component analysis (PCA) and geostatistics. In the PCA, five principal components (PC) describing more than 70% of total variation were selected. The properties of the O and B horizons (pH, C, N, and S content, potentially dangerous Al forms) were in most cases separated, suggesting different processes and effects in each horizon. Spatial variation of PC scores was analysed using variograms, maps of their distribution were created using kriging. Spatial correlation with stand factors (altitude, slope aspect, forest type and age, soil unit, liming, and grass cover) was analysed using cross-variograms. The surface horizons are more sensitive to external influence (acid deposition, liming, grass expansion) and their spatial variation is stronger. The B horizons are more influenced by forest type (beech vs. spruce) and age, and by soil units (cambic vs. spodic horizons). The effect of stand factors is complex and often indirect. Nevertheless, used combination of pedometrical methods provided concise information about spatial variation and relationships between soil characteristics and the effect of stand factors.     

基于模糊数学和主成分分析的长期施肥红壤旱地土壤肥力评价

为评价红壤旱地长期不同施肥方式下土壤肥力水平,基于1986年建立的江西进贤红壤旱地玉米定位试验,选用土壤pH值、有机质含量、有效磷含量、速效钾含量、阳离子交换量5个指标,采用模糊数学和主成分分析方法,评价和比较了连续施肥30年后不同施肥模式下红壤旱地土壤综合肥力水平。结果表明,数据球形假设检验KMO值为0.73,Bartlett值为127.98,Sig0.01,可以进行主成分分析。土壤肥力综合指数(SNI)以氮磷钾配施猪粪处理最高(0.94),单施猪粪次之(0.92),单施氮肥最低(0.42)。因此,红壤旱地施用有机肥或有机无机肥配施是维持和提高土壤肥力水平的重要措施。