投影尋蹤模型在綠地土壤肥力分級(jí)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用★

蘭代萍，謝賢健

（1.內(nèi)江師范學(xué)院后勤處，四川 內(nèi)江 641000；2.內(nèi)江師范學(xué)院地理與資源科學(xué)學(xué)院，四川 內(nèi)江 641000）

土壤肥力是土壤質(zhì)量的首要屬性，是土壤物理、化學(xué)和生物等特性綜合作用的結(jié)果，是土壤各方面性質(zhì)的綜合反映[1]。但目前簡(jiǎn)單的或某種單一的物理、化學(xué)或生物性質(zhì)并不能較好地反映土壤肥力的水平。由于對(duì)土壤肥力這一科學(xué)概念缺乏嚴(yán)格的定義，特別是缺少數(shù)量化的指標(biāo)，一般在生產(chǎn)應(yīng)用上，常用N、P、K 和有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分含量的多少來衡量土壤肥力的高低，因此土壤養(yǎng)分是土壤肥力的核心部分，是土壤綜合肥力評(píng)價(jià)的根本[2]。對(duì)于土壤肥力評(píng)價(jià)的研究，國(guó)內(nèi)外已在評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法方面開展了大量的研究工作[3]。然而，大多數(shù)研究仍局限于人為地劃分土壤肥力的等級(jí)指標(biāo)和相對(duì)權(quán)重系數(shù)等，存在指標(biāo)權(quán)重確定沒有統(tǒng)一的理論和計(jì)算方法的不足，致使評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性受主觀隨意性影響較大，導(dǎo)致結(jié)果的應(yīng)用沒有普遍意義，比如評(píng)分法、分等定級(jí)法、綜合指數(shù)法、灰色關(guān)聯(lián)法、主成分分析法、模糊綜合評(píng)判法、聚類分析法、層次分析法、屬性識(shí)別法等[4-13]。因此，為了使土壤肥力評(píng)價(jià)趨于標(biāo)準(zhǔn)化和定量化，本研究選擇內(nèi)江市城市不同綠地土壤作為研究對(duì)象，通過野外采樣和室內(nèi)測(cè)定分析獲得的土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)，在綜合考慮影響土壤肥力各因素所提供信息量的基礎(chǔ)上，應(yīng)用投影尋蹤評(píng)價(jià)模型完成高維數(shù)據(jù)向低維空間的轉(zhuǎn)換，即將每個(gè)樣本的多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合成一個(gè)綜合指標(biāo)，建立投影尋蹤土壤肥力綜合評(píng)價(jià)模型，構(gòu)建城市綠地肥力等級(jí)分級(jí)方法，給出土壤肥力評(píng)價(jià)的分析結(jié)果，以期為土壤肥力評(píng)價(jià)趨于標(biāo)準(zhǔn)化和定量化提供依據(jù)。

1 投影尋蹤等級(jí)評(píng)價(jià)模型

投影尋蹤是將高維數(shù)據(jù)向低維空間投影，通過分析低維空間的投影特性來研究高維數(shù)據(jù)的特征，從而找到反映數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特征的最優(yōu)投影，是處理多指標(biāo)問題的統(tǒng)計(jì)方法。其具體思路是將影響問題的多因素指標(biāo)通過投影尋蹤分析得到反映其綜合指標(biāo)特性的最優(yōu)投影特征值，然后建立投影特征值與因變量的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。從而通過分析一維的投影值來對(duì)樣本做出更加合理的分級(jí)和評(píng)價(jià)。

2 基于投影尋蹤土壤肥力評(píng)價(jià)

2.1 樣品的采集與測(cè)定

內(nèi)江市西靠龍泉山脈，東靠華鎣山脈，地勢(shì)平緩，淺丘平壩相間，是典型的川中丘陵地貌，屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，氣候溫和、雨量豐富、光熱充足、無霜期長(zhǎng)。土壤多為紫色土。原生植被為亞熱帶針闊混交林，現(xiàn)多為人工次生林。城市綠地植被主要有雪松、水杉、樟樹、結(jié)縷草、小葉女貞、十大功勞等。供試土壤根據(jù)內(nèi)江市城市綠地類型的分布，分別對(duì)公園綠地（公園、廣場(chǎng)），交通綠地（立交橋、隔離帶），居住區(qū)綠地（居民小區(qū)、公寓），郊區(qū)農(nóng)用地進(jìn)行了采樣。根據(jù)采樣區(qū)面積大小，形狀，地形地貌等因素，采用蛇形布點(diǎn)法，每區(qū)域設(shè)3 個(gè)～5 個(gè)采樣點(diǎn)，棄去表層雜質(zhì)，取0 cm～20 cm 土層土壤。把采集到的土壤充分混勻后，用四分法取1 kg 左右土壤，用干潔塑料袋帶回室內(nèi)自然風(fēng)干。各綠地類型共采集29 個(gè)土壤樣品。

2.2 土壤肥力分級(jí)表

評(píng)價(jià)指標(biāo)的正確選擇，是科學(xué)地揭示土壤肥力的前提，直接影響到土壤肥力評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確程度。因此考慮到土壤養(yǎng)分元素對(duì)土壤肥力的影響，盡量以綜合性、穩(wěn)定性、精確性和實(shí)用性為原則，參考專家建議和采樣數(shù)據(jù)的實(shí)際情況，本研究選擇有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀5 個(gè)指標(biāo)來綜合評(píng)價(jià)土壤的肥力水平。根據(jù)全國(guó)第二次土壤普查土壤養(yǎng)分的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)建立土壤肥力分級(jí)表（表1），各指標(biāo)的測(cè)定于2012 年9 月、10 月完成。

表1 土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2.3 模型計(jì)算

首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化，因?yàn)? 個(gè)指標(biāo)都與肥力等級(jí)成正相關(guān)，所以利用公式進(jìn)行歸一化。然后利用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)DPS9.5 軟件，計(jì)算最優(yōu)投影方向，求得近似最優(yōu)一維投影方向?yàn)閍=（0.483 3，0.454 1，0.443 0，0.538 8，0.494 3），根據(jù)該投影方向利用公式計(jì)算各樣本觀測(cè)值的投影特征值（表2）。

表2 各等級(jí)的投影特征值

根據(jù)表2，建立基于投影值的土壤肥力等級(jí)評(píng)價(jià)表，如表3 所示。

表3 基于投影特征值的土壤肥力等級(jí)分級(jí)

2.4 等級(jí)評(píng)價(jià)

以內(nèi)江市城市不同綠地土壤為例，進(jìn)行基于投影尋蹤的等級(jí)評(píng)價(jià)，分級(jí)結(jié)果如表4 所示。

表4 等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果

為了檢驗(yàn)結(jié)果，分別利用綜合指數(shù)法[9]和內(nèi)梅羅指數(shù)法對(duì)該組數(shù)據(jù)進(jìn)行了計(jì)算。從計(jì)算結(jié)果的對(duì)比可以看出，通過3 種方法得到的結(jié)果基本一致，證實(shí)了投影尋蹤分級(jí)方法的正確性和可靠性。

3 結(jié)論與討論

城市土壤是城市范圍（包括市區(qū)和郊區(qū)）受人類活動(dòng)強(qiáng)烈影響的土壤，為陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。本研究選擇內(nèi)江市公園綠地、交通綠地、居住區(qū)綠地和郊區(qū)農(nóng)用地土壤作為研究對(duì)象，利用投影尋蹤評(píng)價(jià)模型建立土壤肥力綜合評(píng)價(jià)模型，構(gòu)建了城市綠地肥力等級(jí)分級(jí)方法。通過分析發(fā)現(xiàn)，不同的綠地投影特征值從高到低依次為郊區(qū)農(nóng)用地＞公園綠地＞交通綠地＞居住綠地；根據(jù)投影特征值，劃分不同綠地的肥力等級(jí)，其中郊區(qū)農(nóng)用地的肥力等級(jí)最高（Ⅱ級(jí)），其次是公園綠地（Ⅲ級(jí)），最后為交通綠地和居住綠地（Ⅳ級(jí)）。究其原因，郊區(qū)農(nóng)用地以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主，農(nóng)業(yè)施肥管理措施投入較高，土壤肥力較高；其他綠地類型施肥少，且內(nèi)江市城市綠地植被以灌木為主，土壤表層枯枝落葉量較少，多數(shù)情況下被當(dāng)作垃圾清理掉，導(dǎo)致土壤的養(yǎng)分循環(huán)中斷，缺乏枯枝落葉分解后產(chǎn)生的有機(jī)物質(zhì)補(bǔ)充，尤其是居住綠地和交通綠地，人為施肥管理較少且周期長(zhǎng)，導(dǎo)致其養(yǎng)分含量偏低；居住綠地、公園綠地、交通綠地三者比較表現(xiàn)為公園綠地肥力等級(jí)較高，主要由于公園綠地管理養(yǎng)護(hù)相對(duì)較好，人工增施了肥料。以上分析說明，根據(jù)投影尋蹤法進(jìn)行城市綠地土壤的肥力分級(jí)評(píng)價(jià)，與實(shí)際情況符合度高，具有較強(qiáng)的邏輯性、實(shí)用性和系統(tǒng)性，能較好地反映土壤的綜合肥力。