基于最小数据集的植烟土壤质量评价及障碍因子诊断.pdf

2024 年 2 月第 57 卷第 2 期烟草科技Tobacco Science&TechnologyFeb.2024Vol.57 No.2摘要：为准确评价四川烟区植烟土壤质量，采集四川省烟田土壤样品，通过构建最小数据集计算土壤质量指数，并使用障碍因子诊断模型明确主要障碍因子。结果表明：根据相关分析、主成分分析和Norm值计算结果，筛选碱解氮、pH值、氯离子、酸性磷酸酶、速效钾、容重、有效铁和脲酶8项评价指标进入最小数据集。根据总数据集计算的土壤质量指数（总数据集土壤质量指数，SQITDS）与根据最小数据集计算的土壤质量指数呈极显著（P0.01）正相关；随机森林分类算法计算结果表明，最小数据集评价指标可对根据SQITDS划分的土壤质量档次进行分类，分类准确率为97.3%，说明该最小数据集可代替总数据集对植烟土壤质量进行评价。四川省各县（市、区）的植烟土壤质量指数平均值分布在45.7665.36之间，除喜德县和普格县外，其他植烟县（区、市）的土壤质量指数平均值均大于50.00；四川省植烟土壤质量提升的主要障碍因子为总孔隙度、容重、水溶态钙、水溶态镁和有效铁。关键词：植烟土壤；土壤质量；主成分分析；最小数据集；障碍因子中图分类号：S151文献标志码：A文章编号：1002-0861（2024）02-0045-09收稿日期：2023-11-08录用日期：2023-12-15基金项目：中国烟草总公司重点研发项目“植烟土壤健康评价体系构建及应用”（11202102037）；四川省烟草公司科技项目“植烟土壤健康评价体系构建及应用”（SCYC202103）。第一作者：张恒（1998），男，硕士研究生，从事烟田土壤保育与光谱遥感分析。E-mail：*通信作者：冯长春（1977），男，硕士，农艺师，从事烟草栽培研究。E-mail：；梁太波（1981），男，博士，研究员，从事烟草栽培、生理生化研究。E-mail：引用本文：张恒，张艳玲，许亚东，等.基于最小数据集的植烟土壤质量评价及障碍因子诊断 J.烟草科技，2024，57（2）：45-53.（ZHANG Heng，ZHANG Yanling，XU Yadong，et al.Quality assessment and obstacle factor diagnosis of tobacco plantingsoil based on minimum data set J.Tobacco Science&Technology，2024，57（2）：45-53.DOI：10.16135/j.issn1002-0861.2023.0720）基于最小数据集的植烟土壤质量评价及障碍因子诊断张恒1，张艳玲1，许亚东2，冯文强3，江鸿3，戴华鑫1，翟振1，冯长春*3，梁太波*11.中国烟草总公司郑州烟草研究院，郑州高新技术产业开发区枫杨街2号4500012.郑州大学农学院，郑州市高新区科学大道157号4500663.四川省烟草科学研究所，成都市武侯区世纪城路 936号610041Quality assessment and obstacle factor diagnosis of tobacco planting soilbased on minimum data setZHANG Heng1,ZHANG Yanling1,XU Yadong2,FENG Wenqiang3,JIANG Hong3,DAI Huaxin1,ZHAI Zhen1,FENG Changchun*3,LIANG Taibo*11.Zhengzhou Tobacco Research Institute of CNTC,Zhengzhou 450001,China2.School of Agricultural Sciences,Zhengzhou University,Zhengzhou 450066,China2.Sichuan Institute of Tobacco Science,Chengdu 610041,ChinaAbstract：In order to accurately evaluate the quality of tobacco planting soil in Sichuan Province,tobacco planting soil samples were collected.The soil quality index was calculated by developing aminimum data set.The diagnostic model of obstacle factors was used to identify the main obstaclefactors.The results showed that：1）According to the results of correlation analysis,principalcomponentanalysisandNormvaluecalculation,eightevaluationindicatorsincludingalkali-hydrolytic nitrogen,pH value,chloride ion,acid phosphatase,available potassium,bulk density,2024 年烟草科技available iron and urease were selected in the minimum data set.2）The soil quality index calculatedby the total data set（Total data set soil quality index,SQITDS）was significantly（P德昌县西昌市叙永县盐边县米易县冕宁县越西县古蔺县珙县兴文县会理市筠连县会东县仁和区喜德县普格县。其中，除会东县和盐边县植烟土壤质量指数变异系数大于20.00%外，其他各县（市、区）植烟土壤质量指数变异系数均小于20.00%。2.5植烟土壤障碍因子分析由图2可知，四川省植烟土壤物理和化学指标障碍度在3.19%9.96%之间，四川省植烟土壤质量提升的主要障碍因子依次为总孔隙度（9.96%）、容重表3（续）注：*表示显著相关（P0.05），*表示极显著相关（P0.01）。表4植烟土壤质量评价总数据集和最小数据集的公因子方差和权重Tab.4Common factor variances and weights of total dataset and minimum data set for quality assessment oftobacco planting soil指标pH值有机质全氮碱解氮有效磷速效钾水溶态钙水溶态镁氯离子有效铜有效锌有效铁有效锰容重总孔隙度水稳性团聚体土壤蛋白活性有机碳溶解性有机碳脲酶蔗糖酶过氧化氢酶酸性磷酸酶总数据集公因子方差0.8620.8890.9150.9180.5720.6710.7650.7430.4070.5770.5160.6940.6450.9550.9550.4290.6070.8090.6130.7810.7430.5350.577权重0.0530.0550.0570.0570.0350.0410.0470.0460.0250.0360.0320.0430.0400.0590.0590.0270.0380.0500.0380.0480.0460.0330.036最小数据集公因子方差0.6440.7100.7350.2470.6970.6950.6240.514权重0.1320.1460.1510.0510.1430.1430.1280.106分组4分组5指标过氧化氢酶酸性磷酸酶指标有效铁水稳性团聚体0.151*0.124*速效钾-0.048过氧化氢酶0.138*r为相关系数，*表示极显著相关（P德昌县西昌市叙永县盐边县米易县冕宁县越西县古蔺县珙县兴文县会理市筠连县会东县仁和区喜德县普格县，这与肖钰15在植烟土壤健康评价时发现古蔺县、叙永县植烟土壤健康指数平均值高于会东县植烟土壤健康指数平均值的结果相符。4结论根据相关分析、主成分分析和Norm值计算的结果构建了四川省植烟土壤质量评价的最小数据集，该数据集由碱解氮、pH值、氯离子、酸性磷酸酶、速效钾、容重、有效铁和脲酶8项指标构成。相关分析结果表明，根据最小数据集与总数据集计算的土壤质量指数呈极显著正相关。随机森林分类算法计算结果表明，最小数据集评价指标可对根据总数据集土壤质量指数划分的土壤质量档次进行分类，分类准确率为97.3%。四川省各县（市、区）植烟土壤质量指数平均值在45.7665.36之间，除喜德县和普格县外，其他植烟县（区、市）的土壤质量指数平均值均大于50.00。整体来看，四川省植烟土壤质量提升的主要障碍因子为总孔隙度、容重、水溶态钙、水溶态镁和有效铁。参考文献1 张江周，李奕赞，李颖，等.土壤健康指标体系与评价方法研究进展 J.土壤学报，2022，59（3）：603-616.ZHANG Jiangzhou，LI Yizan，LI Ying，et al.Advancesin the indicator system and evaluation approaches ofsoil health J.Acta Pedologica Sinica，2022，59（3）：603-616.2郝葳，田孝华.优质烟区土壤物理性状分析与研究J.烟草科技，1996（5）：34-35.HAO Wei，TIAN Xiaohua.Analysis and study onphysical properties of soil in high quality tobacco areaJ.Tobacco Science&Technology，1996（5）：34-35.3 李鑫，张文菊，邬磊，等.土壤质量评价指标体系的构建及评价方法J.中国农业科学，2021，54（14）：3043-3056.LI Xin，ZHANG Wenju，WU Lei，et al.Advance inindicator screening and methodologies of soil qualityevaluation J.ScientiaAgriculturaSinica，2021，54（14）：3043-3056.4 张福平，高张，李肖娟，等.基于最小数据集的周至县猕猴桃园地土壤质量评价 J.生态与农村环境学报，2019，35（1）：69-75.ZHANG Fuping，GAO Zhang，LI Xiaojuan，et al.Soilquality assessment of kiwifruit field using MDS methodin Zhouzhi County J.Journal of Ecology and RuralEnvironment，2019，35（1）：69-75.5 Govaerts B，Sayre K D，Deckers J.A minimum data setfor soil quality assessment of wheat and maize croppinginthehighlandsofMexico J.SoilandTillageResearch，2006，87（2）：163-174.6 张明发，田峰，李孝刚，等.基于烤烟生产的湘西植烟土壤质量综合评价 J.中国烟草学报，2017，23（3）：87-97.ZHANG Mingfa，TIAN Feng，LI Xiaogang，et al.Comprehensive assessment of soil quality in Xiangxitobacco growing areas based on tobacco production J.Acta Tabacaria Sinica，2017，23（3）：87-97.7 包玲凤，杨明英，尹兴盛，等.基于最小数据集的保山市植烟土壤质量评价与障碍诊断 J.西南农业学报，2023，36（3）：612-622.BAOLingfeng，YANGMingying，YINXingsheng，et al.Quality evaluation and obstacle diagnosis ofsoil planted with tobacco based on minimum data setinBaoshanCity J.SouthwestChinaJournalofAgricultural Sciences，2023，36（3）：612-622.8 林卡，李德成，张甘霖.土壤质量评价中文文献分析J.土壤通报，2017，48（3）：736-744.LINKa，LIDecheng，ZHANGGanlin.Literatureanalysis on soil quality assessment in China based on 52第 57 卷第 2 期CNKI database J.Chinese Journal of Soil Science，2017，48（3）：736-744.9 鲁如坤.土壤农业化学分析方法 M.北京：中国农业科技出版社，2000.LU Rukun.Agrochemical analytical methods for soilsM.Beijing：ChinaAgricultureScienceandTechnology Press，2000.10 Moebius-Clune B N，Moebius-Clune D J，Gugino B K，et al.Comprehensive assessment of soil healthTheCornell framework manual M.3rd ed.Ithaca：CornellUniversity，2017.11Jones D，Willett V.Experimental evaluation of methodsto quantify dissolved organic nitrogen（DON）anddissolvedorganiccarbon（DOC）insoil J.SoilBiology and Biochemistry，2006，38（5）：991-999.12 戴华鑫，牟文君，陈丽燕，等.土壤硬度对烤烟生产的影响及原因分析 J.中国烟草学报，2018，24（2）：55-64.DAIHuaxin，MUWenjun，CHENLiyan，etal.Influenceofsoilhardnessonflue-curedtobaccoproduction and causes analysis J.ActaTabacaria Sinica，2018，24（2）：55-64.13 贾辉，赵亚鹏，符云鹏，等.施用生物炭和秸秆对植烟土壤团聚体稳定性及有机碳分布的影响 J.烟草科技，2020，53（4）：11-19.JIA Hui，ZHAO Yapeng，FU Yunpeng，et al.Effects ofbiochar and straw on stability and organic carbondistributionoftobacco-plantingsoilaggregates J.Tobacco Science&Technology，2020，53（4）：11-19.14 金慧芳，史东梅，陈正发，等.基于聚类及PCA分析的红壤坡耕地耕层土壤质量评价指标 J.农业工程学报，2018，34（7）：155-164.JIN Huifang，SHI Dongmei，CHEN Zhengfa，et al.Evaluation indicators of cultivated layer soil quality forred soil slope farmland based on cluster and PCAanalysis J.Transactions of the Chinese Society ofAgricultural Engineering，2018，34（7）：155-164.15肖钰.四川植烟土壤特征分析及健康评价 D.北京：中国农业科学院，2021.XIAO Yu.Characteristicsandhealthevaluationoftobacco planting soil in Sichuan Province D.Beijing：Chinese Academy of Agricultural Sciences，2021.16 李强，周冀衡，杨荣生，等.曲靖植烟土壤养分空间变异及土壤肥力适宜性评价 J.应用生态学报，2011，22（4）：950-956.LI Qiang，ZHOU Jiheng，YANG Rongsheng，et al.Soilnutrients spatial variability and soil fertility suitabilityin Qujing tobacco-planting areaJ.Chinese Journal ofApplied Ecology，2011，22（4）：950-956.17 Raschka S.Python machine learning M.Birmingham：Packt Publishing，2015.18 金慧芳，史东梅，钟义军，等.红壤坡耕地耕层土壤质量退化特征及障碍因子诊断J.农业工程学报，2019，35（20）：84-93.JIN Huifang，SHI Dongmei，ZHONG Yijun，et al.Diagnosisofobstaclefactorsanddegradationcharacteristics of cultivated-layer quality for red soilslopingfarmland J.TransactionsoftheChineseSociety of Agricultural Engineering，2019，35（20）：84-93.19 匡丽花，叶英聪，赵小敏，等.基于改进 TOPSIS 方法的耕地系统安全评价及障碍因子诊断 J.自然资源学报，2018，33（9）：1627-1641.KUANG Lihua，YE Yingcong，ZHAO Xiaomin，et al.Evaluation and obstacle factor diagnosis of cultivatedland system security in Yingtan City based on theimprovedTOPSISmethod J.JournalofNaturalResources，2018，33（9）：1627-1641.20 李桂林，陈杰，孙志英，等.基于土壤特征和土地利用变化的土壤质量评价最小数据集确定 J.生态学报，2007，27（7）：2715-2724.LI Guilin，CHEN Jie，SUN Zhiying，et al.Establishinga minimum dataset for soil quality assessment based onsoil properties and land use change J.Acta EcologicaSinica，2007，27（7）：2715-2724.21 赵贺，王绪奎，刘绍贵，等.基于水稻产量的江苏省稻麦 轮 作 区 土 壤 质 量 评 价J.土 壤，2020，52（6）：1230-1238.ZHAOHe，WANGXukui，LIUShaogui，etal.Evaluation of soil quality in rice-wheat rotation regionsof Jiangsu Province based on rice yield J.Soils，2020，52（6）：1230-1238.22 杨宁，邹冬生，杨满元，等.衡阳紫色土丘陵坡地不同植被恢复阶段土壤酶活性特征研究 J.植物营养与肥料学报，2013，19（6）：1516-1524.YANG Ning，ZOU Dongsheng，YANG Manyuan，et al.Soil enzyme activities in different re-vegetation stageson sloping-land with purple soils in Hengyang ofHunan Province，ChinaJ.Journal of Plant Nutritionand Fertilizer，2013，19（6）：1516-1524.23 曾宪礼，苏文会，范少辉，等.带状采伐毛竹林土壤质量评价 J.生态学杂志，2019，38（10）：3015-3023.ZENGXianli，SUWenhui，FANShaohui，etal.Assessment of soil quality in Moso bamboo forestsunder different strip clearcuttings J.Chinese Journalof Ecology，2019，38（10）：3015-3023.责任编辑邹珺张恒，等：基于最小数据集的植烟土壤质量评价及障碍因子诊断 53