基于主成分分析法的干旱区典型绿洲土壤盐分特征分析——以新疆第二师31团为例

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2020-0048

摘要/Abstract

摘要：

为研究新疆典型绿洲土地盐分特征及分布特征,以新疆第二师31团为例,采用GPS对研究区域进行定点采样(N=66),采样深度为100 cm,采样层数为5层,对土壤盐分离子进行化验检测,运用SPSS软件对数据进行描述性、离子间相关性及离子主成分分析。结果表明:不同土壤层中各离子处于中等以上变异程度,各土壤层的pH=8.11,各土壤层中Cl^-、K⁺+Na⁺与SO₄^2-离子含量大于HCO₃^-、Ca²⁺与Mg²⁺离子;Cl^-、K⁺+Na⁺、SO₄^2-、Ca²⁺、Mg²⁺之间的相关系数较高,呈现极显著相关性。各土壤层的第一主成分主要包含Cl^-、SO₄^2-、Ca²⁺、Mg²⁺、K⁺+Na⁺离子信息,第二主成分与第三主成分主要包含HCO₃^-离子信息。以第一主成分、第二主成分及第三主成分所表征不同信息为基准,分析了研究区不同位置不同土壤层的盐渍化程度及碱度,该研究区域受盐碱影响较大。

关键词: 土壤层, 盐分离子, 主成分, 相关性, pH值, 盐碱化, 空间变异

Abstract:

To study the salinity characteristics and distribution of typical oasis land in Xinjiang, we took the land of the 31^st regiment of the Second Division of Xinjiang Production and Construction Corps as an example, used GPS to conduct the fixed-point sampling (N=66), the sampling depth was 100 cm of 5 layers. The soil salt ion was tested, and SPSS software was used to perform descriptive, inter-ion correlation and ion principal component analysis. The results showed that the ions in different soil layers were at a medium or higher variation level with pH 8.11, and the content of Cl^-, K⁺+ Na⁺ and SO₄^2- in each soil layer was greater than that of HCO₃^-, Ca²⁺ and Mg²⁺; the correlation coefficient of Cl^-, K⁺+ Na⁺, SO₄^2-, Ca²⁺ and Mg²⁺ was relatively high, showing a very significant correlation. The first main component of each soil layer mainly contained Cl^-, SO₄^2-, Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺+ Na⁺ ion information, and the second and third main components mainly contained HCO₃^- ion information. Based on the different information represented by the first, the second and the third principal component, the salinization degree and alkalinity of different soil layers in different locations in the study area were analyzed. The study area was greatly affected by salt and alkali.

Key words: soil layer, salt ion, principal component, correlation, pH, salinization, spatial variability

中图分类号:

S156

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Zheng Ming, Bai Yungang, Zhang Jianghui, Ding Bangxin, Xiao Jun. Soil Salinity Characteristics of Typical Oasis in Arid Area Based on Principal Component Analysis:An Example in Xinjiang[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2020, 36(27): 81-87.

图/表 7

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深度	统计值	HCO₃^- (g/kg)	Cl^- (g/kg)	SO₄^2- (g/kg)	Ca²⁺ (g/kg)	Mg²⁺ (g/kg)	K⁺+Na⁺ (g/kg)	pH值
0~20 cm	最小值	0.44	0.05	0.13	0.05	0.01	0.22	8.01
	最大值	0.90	74.82	70.40	5.11	17.44	47.36	8.43
	平均值	0.61	4.13	2.94	0.47	0.55	2.86	8.10
	SD标准差	0.09	12.36	8.97	0.98	2.28	7.77	0.11
	变异系数Cv	0.14	2.99	3.05	2.11	4.14	2.71	0.01
	分布类型	正态分布	对数正态分布	对数正态分布	对数正态分布	对数正态分布	对数正态分布	正态分布
20~40 cm	最小值	0.37	0.12	0.16	0.04	0.03	0.26	8.01
	最大值	1.41	31.65	11.61	4.83	3.84	18.82	8.39
	平均值	0.60	2.00	1.52	0.37	0.29	1.46	8.11
	SD标准差	0.15	5.42	2.17	0.79	0.70	3.20	0.12
	变异系数Cv	0.25	2.71	1.43	2.15	2.40	2.19	0.01
	分布类型	正态分布	对数正态分布	对数正态分布	对数正态分布	对数正态分布	对数正态分布	正态分布
40~60 cm	最小值	0.39	0.13	0.04	0.04	0.02	0.26	8.01
	最大值	0.81	12.65	5.80	1.63	2.06	7.68	8.38
	平均值	0.57	1.19	1.05	0.19	0.17	0.97	8.11
	SD标准差	0.08	2.40	1.10	0.30	0.31	1.41	0.12
	变异系数Cv	0.13	2.02	1.04	1.59	1.79	1.45	0.01
	分布类型	正态分布	对数正态分布	对数正态分布	对数正态分布	对数正态分布	对数正态分布	正态分布
60~80 cm	最小值	0.29	0.14	0.15	0.03	0.03	0.26	8.01
	最大值	0.68	7.37	6.30	1.41	1.47	4.72	8.37
	平均值	0.55	0.99	0.98	0.17	0.17	0.84	8.11
	SD标准差	0.08	1.46	0.92	0.24	0.24	0.85	0.12
	变异系数Cv	0.14	1.48	0.94	1.42	1.43	1.02	0.01
	分布类型	正态分布	对数正态分布	对数正态分布	对数正态分布	对数正态分布	对数正态分布	正态分布
80~100 cm	最小值	0.38	0.10	0.15	0.04	0.02	0.28	8.01
	最大值	0.82	22.84	3.85	1.34	1.26	14.61	8.37
	平均值	0.54	1.03	0.93	0.16	0.15	0.86	8.11
	SD标准差	0.08	2.82	0.75	0.21	0.20	1.77	0.12
	变异系数Cv	0.15	2.74	0.81	1.30	1.33	2.05	0.02
	分布类型	正态分布	对数正态分布	对数正态分布	对数正态分布	对数正态分布	对数正态分布	正态分布

深度	统计值	HCO₃^- (g/kg)	Cl^- (g/kg)	SO₄^2- (g/kg)	Ca²⁺ (g/kg)	Mg²⁺ (g/kg)	K⁺+Na⁺ (g/kg)	pH值
0~20 cm	最小值	0.44	0.05	0.13	0.05	0.01	0.22	8.01
	最大值	0.90	74.82	70.40	5.11	17.44	47.36	8.43
	平均值	0.61	4.13	2.94	0.47	0.55	2.86	8.10
	SD标准差	0.09	12.36	8.97	0.98	2.28	7.77	0.11
	变异系数Cv	0.14	2.99	3.05	2.11	4.14	2.71	0.01
	分布类型	正态分布	对数正态分布	对数正态分布	对数正态分布	对数正态分布	对数正态分布	正态分布
20~40 cm	最小值	0.37	0.12	0.16	0.04	0.03	0.26	8.01
	最大值	1.41	31.65	11.61	4.83	3.84	18.82	8.39
	平均值	0.60	2.00	1.52	0.37	0.29	1.46	8.11
	SD标准差	0.15	5.42	2.17	0.79	0.70	3.20	0.12
	变异系数Cv	0.25	2.71	1.43	2.15	2.40	2.19	0.01
	分布类型	正态分布	对数正态分布	对数正态分布	对数正态分布	对数正态分布	对数正态分布	正态分布
40~60 cm	最小值	0.39	0.13	0.04	0.04	0.02	0.26	8.01
	最大值	0.81	12.65	5.80	1.63	2.06	7.68	8.38
	平均值	0.57	1.19	1.05	0.19	0.17	0.97	8.11
	SD标准差	0.08	2.40	1.10	0.30	0.31	1.41	0.12
	变异系数Cv	0.13	2.02	1.04	1.59	1.79	1.45	0.01
	分布类型	正态分布	对数正态分布	对数正态分布	对数正态分布	对数正态分布	对数正态分布	正态分布
60~80 cm	最小值	0.29	0.14	0.15	0.03	0.03	0.26	8.01
	最大值	0.68	7.37	6.30	1.41	1.47	4.72	8.37
	平均值	0.55	0.99	0.98	0.17	0.17	0.84	8.11
	SD标准差	0.08	1.46	0.92	0.24	0.24	0.85	0.12
	变异系数Cv	0.14	1.48	0.94	1.42	1.43	1.02	0.01
	分布类型	正态分布	对数正态分布	对数正态分布	对数正态分布	对数正态分布	对数正态分布	正态分布
80~100 cm	最小值	0.38	0.10	0.15	0.04	0.02	0.28	8.01
	最大值	0.82	22.84	3.85	1.34	1.26	14.61	8.37
	平均值	0.54	1.03	0.93	0.16	0.15	0.86	8.11
	SD标准差	0.08	2.82	0.75	0.21	0.20	1.77	0.12
	变异系数Cv	0.15	2.74	0.81	1.30	1.33	2.05	0.02
	分布类型	正态分布	对数正态分布	对数正态分布	对数正态分布	对数正态分布	对数正态分布	正态分布

土层	项目	HCO₃^-	Cl^-	SO₄^2-	Ca²⁺	Mg²⁺	K⁺+Na⁺
0~20 cm	HCO₃^-	1.000
	Cl^-	0.163	1.000
	SO₄^2-	0.207	0.883^**	1.000
	Ca²⁺	0.079	0.855^**	0.765^**	1.000
	Mg²⁺	0.200	0.877^**	0.995^**	0.689^**	1.000
	K⁺+Na⁺	0.170	0.999^**	0.887^**	0.854^**	0.854^**	1.000
40~60 cm	HCO₃^-	1.000
	Cl^-	-0.237	1.000
	SO₄^2-	-0.134	0.568^**	1.000
	Ca²⁺	-0.246	0.851^**	0.660^**	1.000
	Mg²⁺	-0.207	0.936^**	0.679^**	0.861^**	1.000
	K⁺+Na⁺	-0.216	0.998^**	0.604^**	0.841^**	0.931^**	1.000
80~100 cm	HCO₃^-	1.000
	Cl^-	0.022	1.000
	SO₄^2-	-0.079	0.464^**	1.000
	Ca²⁺	-0.150	0.652^**	0.693^**	1.000
	Mg²⁺	-0.077	0.671^**	0.592^**	0.730^**	1.000
	K⁺+Na⁺	0.045	0.999^**	0.473^**	0.633^**	0.643^**	1.000

土层	项目	HCO₃^-	Cl^-	SO₄^2-	Ca²⁺	Mg²⁺	K⁺+Na⁺
0~20 cm	HCO₃^-	1.000
	Cl^-	0.163	1.000
	SO₄^2-	0.207	0.883^**	1.000
	Ca²⁺	0.079	0.855^**	0.765^**	1.000
	Mg²⁺	0.200	0.877^**	0.995^**	0.689^**	1.000
	K⁺+Na⁺	0.170	0.999^**	0.887^**	0.854^**	0.854^**	1.000
40~60 cm	HCO₃^-	1.000
	Cl^-	-0.237	1.000
	SO₄^2-	-0.134	0.568^**	1.000
	Ca²⁺	-0.246	0.851^**	0.660^**	1.000
	Mg²⁺	-0.207	0.936^**	0.679^**	0.861^**	1.000
	K⁺+Na⁺	-0.216	0.998^**	0.604^**	0.841^**	0.931^**	1.000
80~100 cm	HCO₃^-	1.000
	Cl^-	0.022	1.000
	SO₄^2-	-0.079	0.464^**	1.000
	Ca²⁺	-0.150	0.652^**	0.693^**	1.000
	Mg²⁺	-0.077	0.671^**	0.592^**	0.730^**	1.000
	K⁺+Na⁺	0.045	0.999^**	0.473^**	0.633^**	0.643^**	1.000

土层	主成分	HCO₃^-	Cl^-	SO₄^2-	Ca²⁺	Mg²⁺	K⁺+Na⁺	特征值	方差贡献/%	累计贡献率/%
0~20 cm	1	0.222	0.977	0.953	0.874	0.933	0.977	4.500	75.004	75.004
0~20 cm	2	0.971	-0.061	0.014	-0.156	0.021	-0.054	0.975	16.247	91.251
20~40 cm	1	-0.270	0.970	0.908	0.957	0.946	0.966	4.581	74.345	74.345
20~40 cm	2	0.963	0.064	0.030	0.024	0.076	0.079	0.944	15.739	92.084
40-60 cm	1	-0.294	0.960	0.743	0.923	0.965	0.962	4.270	71.170	71.170
40-60 cm	2	0.953	0.032	0.136	0.018	0.079	0.058	0.938	15.634	86.804
60~80 cm	1	-0.439	0.913	0.694	0.825	0.907	0.904	3.828	63.802	63.802
	2	0.604	-0.287	0.605	0.439	-0.030	-0.252	1.071	17.857	81.659
	3	0.665	0.265	-0.272	-0.196	0.166	0.276	0.729	12.145	93.804
80~100 cm	1	-0.074	0.898	0.740	0.870	0.854	0.889	3.637	60.618	60.618
	2	0.933	0.234	-0.201	-0.188	-0.068	0.257	1.071	17.846	78.464
	3	0.347	-0.357	0.532	0.197	0.106	-0.348	0.703	11.709	90.173