基于主成分和聚類分析的赤紅壤區(qū)不同土地利用方式土壤肥力綜合評(píng)價(jià)

張曉龍 楊倩楠 李祥東 陳靜 王超 張池 劉科學(xué)

摘要：為定量評(píng)價(jià)赤紅壤區(qū)不同土地利用方式對(duì)土壤肥力特征的影響，本研究以亞熱帶典型赤紅壤區(qū)不同土地利用方式的土壤（旱地、園地、菜地）為試驗(yàn)對(duì)象，分析各地塊土壤物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和腐殖質(zhì)組成的變化趨勢(shì)，通過(guò)主成分和聚類分析法定量評(píng)價(jià)不同土地利用類型土壤綜合肥力的差異，以歐氏距離衡量不同地塊肥力差異的大小，采用最短距離法對(duì)各地塊土壤綜合肥力進(jìn)行系統(tǒng)聚類。結(jié)果表明，不同土地利用方式表層（0～10 cm）和亞表層（10～20 cm）土壤的物理性狀、化學(xué)性狀及腐殖質(zhì)組成存在顯著差異（P<0.05），其中土壤有機(jī)碳含量、胡敏素碳含量、胡敏酸碳含量、富里酸碳含量、容重、孔隙度、全氮含量、全鉀含量和pH值等對(duì)土壤肥力質(zhì)量評(píng)價(jià)的貢獻(xiàn)度較大，堿解氮含量、速效磷含量、速效鉀含量、全磷含量貢獻(xiàn)度較小。土壤肥力質(zhì)量綜合得分排序?yàn)楹档乇韺?gt;旱地亞表層>菜地亞表層>菜地表層>園地表層>園地亞表層。不同地塊的土壤肥力質(zhì)量聚為5類，分別為一等肥力（旱地表層）、二等肥力（旱地亞表層、菜地表層）、三等肥力（菜地亞表層）、四等肥力（園地表層）、五等肥力（園地亞表層）?？傮w來(lái)看，土壤肥力優(yōu)劣的評(píng)價(jià)順序均為旱地>菜地>園地，其中園地土壤存在容重較大、酸化嚴(yán)重、養(yǎng)分失衡和有機(jī)碳含量過(guò)低的現(xiàn)象。因此，依據(jù)赤紅壤肥力敏感性指標(biāo)和土壤本身存在的問(wèn)題，該區(qū)域應(yīng)增大土壤外源碳的輸入，豐富有機(jī)碳庫(kù)儲(chǔ)量，同時(shí)加強(qiáng)科學(xué)施肥和測(cè)土配方施肥，平衡和優(yōu)化速效養(yǎng)分含量，進(jìn)而達(dá)到改良土壤物理結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤緩沖性能，改善土壤養(yǎng)分狀況的目標(biāo)，以期實(shí)現(xiàn)赤紅壤區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：赤紅壤；土地利用；理化性質(zhì)；土壤肥力；主成分分析；聚類分類；綜合評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：S158??文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A??文章編號(hào)：1002-1302（2023）09-0247-07

基金項(xiàng)目：廣東省自然科學(xué)基金（編號(hào)：2021A1515011543）；廣東省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃項(xiàng)目（編號(hào)：2020XJK116）；廣州新華學(xué)院校級(jí)自然科學(xué)類重點(diǎn)項(xiàng)目（編號(hào)：2020KYZD02）。

作者簡(jiǎn)介：張曉龍（1995—），男，山東臨沂人，碩士，主要從事土地資源與管理研究。E-mail：zxl1995cj@126.com。

通信作者：劉科學(xué)，博士，副教授，主要從事土地整治與生態(tài)修復(fù)研究。E-mail：28257448@qq.com。

赤紅壤是我國(guó)亞熱帶地區(qū)主要的土壤類型之一，總面積為1.78×107 hm2［1］，廣泛分布于廣東、廣西、云南、福建等地［2-3］。該地區(qū)水熱條件充沛，是我國(guó)重要的糧、果、蔬生產(chǎn)基地［4-5］。但是，赤紅壤區(qū)土壤普遍存在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、有機(jī)質(zhì)含量低、礦質(zhì)養(yǎng)分貧乏等特點(diǎn)［6］。再加上農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，不合理的利用方式加劇了土壤貧瘠、沙化、板結(jié)等問(wèn)題［7-9］，而土壤質(zhì)量退化會(huì)直接威脅我國(guó)“18億畝耕地紅線”以及糧食及農(nóng)產(chǎn)品供給安全。評(píng)價(jià)赤紅壤區(qū)不同土地利用方式的土壤肥力特征對(duì)于該地區(qū)土壤管理和利用至關(guān)重要，是赤紅壤區(qū)農(nóng)業(yè)活動(dòng)可持續(xù)發(fā)展的前提［10-11］。土地利用方式是人類農(nóng)業(yè)活動(dòng)的重要反映形式，不同利用方式對(duì)土壤擾動(dòng)程度不同，導(dǎo)致土壤肥力存在顯著的時(shí)空異質(zhì)性［11-12］。土地利用方式通過(guò)改變土壤物理性狀、化學(xué)性狀及腐殖質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)而影響土壤肥力［13-14］。例如，馬和平等對(duì)西藏沙壤土不同土地利用方式的研究發(fā)現(xiàn)，土壤有機(jī)質(zhì)含量與土地利用強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)，而土壤養(yǎng)分含量則與土地耕作熟化程度呈正相關(guān)；且同一土地利用方式不同深度土壤受到人為擾動(dòng)的程度不同，其理化性質(zhì)也存在差異［11］。李立平等對(duì)華北平原潮土的研究發(fā)現(xiàn)，不同土地利用方式的土壤pH值、堿解氮、速效磷和有機(jī)碳含量差異顯著［15］。王振芬等研究了三江平原濕地不同土地利用方式土壤養(yǎng)分和酶活性的差異，發(fā)現(xiàn)濕地開(kāi)發(fā)利用程度越高，土壤養(yǎng)分含量越低（全磷除外）［16］。丁晨曦等對(duì)山東省鹽堿地的研究發(fā)現(xiàn)，土地利用方式通過(guò)改變土壤機(jī)械組成來(lái)影響土壤通氣、透水、保肥性能，從而改變土壤結(jié)構(gòu)和養(yǎng)分狀況［17］。而張立成等針對(duì)赤紅壤菜地的研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期不同的施肥方式會(huì)致使土壤堿解氮和速效磷含量發(fā)生顯著變化［18］。林新堅(jiān)等對(duì)赤紅壤旱地（花生—甘薯輪作）平衡施肥的研究發(fā)現(xiàn)，該措施可有效增加作物的產(chǎn)量和土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效鉀的含量［19］。張池等對(duì)赤紅壤區(qū)果園的研究發(fā)現(xiàn)，園地的全氮（TN）、堿解氮（AN）、速效磷（AP）、速效鉀（AK）含量較高［13］。土地利用方式會(huì)使土壤的性狀發(fā)生顯著改變，并且不同類型土壤對(duì)于人類擾動(dòng)的敏感程度也不盡相同，進(jìn)而致使土壤綜合肥力的變化趨勢(shì)產(chǎn)生差異。目前亞熱帶赤紅壤區(qū)土壤的研究多集中在單一土地利用類型對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響方面，針對(duì)不同土地利用方式對(duì)土壤綜合肥力差異性的研究相對(duì)較少，因此就缺乏對(duì)赤紅壤區(qū)土壤質(zhì)量的全面了解，就不能充分發(fā)揮赤紅壤區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的巨大潛力。因此，本研究以典型赤紅壤區(qū)（廣州市增城區(qū)）3種土地利用方式（旱地、園地和菜地）為對(duì)象，解析不同土地利用方式土壤各項(xiàng)基本理化性質(zhì)的差異及其對(duì)綜合肥力的影響，以期為赤紅壤區(qū)土壤養(yǎng)分管控和土地優(yōu)化利用提供科學(xué)依據(jù)。

1?材料與方法

1.1?供試材料

1.1.1?研究區(qū)域概況?廣州市增城區(qū)（23°05′～23°37′N，113°32′～114°00′E）位于珠江三角洲東北部、廣東省中南部、廣州市東部，毗鄰港澳，臨惠州，北界從化。地貌主要以丘陵、平原為主，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年均氣溫22.2 ℃，年均降水量為 1 869 mm，境內(nèi)有大小河流6條，自然條件較好。作為典型的赤紅壤區(qū)域，區(qū)內(nèi)主要以旱地（玉米）、園地（香蕉）、菜地（辣椒）為代表性農(nóng)業(yè)土地利用方式，是珠江三角洲糧食、水果、蔬菜的主要生產(chǎn)基地［20］。

1.1.2?樣品采集?試驗(yàn)田位于華南農(nóng)業(yè)大學(xué)野外工作站，旱地（玉米）、園地（香蕉）、菜地（辣椒）均為單一種植模式超過(guò)10年，于2021年9月分別采集這3種土地利用方式的表層土壤（0～10 cm）和亞表層土壤（10～20 cm）。每個(gè)土地利用方式田塊隨機(jī)設(shè)置3個(gè)采樣小區(qū)，每個(gè)小區(qū)按照對(duì)角線5點(diǎn)采樣法采集1個(gè)混合樣。將土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)過(guò)風(fēng)干并去除植物根系和碎石，研磨并過(guò)20、60目篩后，用于后續(xù)理化性質(zhì)和養(yǎng)分的測(cè)定。

1.2?測(cè)定項(xiàng)目及方法

土壤理化指標(biāo)測(cè)定［21］：土壤機(jī)械組成采用吸管法測(cè)定；土壤容重（BD）和孔隙度（SP）采用環(huán)刀法測(cè)定；土壤pH值測(cè)定選用 pH 計(jì)電位法（土水質(zhì)量比為1 ∶?2.5）；全氮含量采用凱氏定氮法測(cè)定；全磷（TP）含量采用氫氧化鈉熔融-鉬銻抗比色法測(cè)定；全鉀（TK）含量采用氫氧化鈉熔融-火焰光度計(jì)讀數(shù)法測(cè)定；堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；速效磷含量采用Olsen法測(cè)定；速效鉀含量采用醋酸銨浸提-火焰光度法測(cè)定；土壤有機(jī)碳含量采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測(cè)定；土壤腐殖質(zhì)含量采用腐殖質(zhì)分組修改法測(cè)定。

1.3?土壤肥力評(píng)價(jià)方法

以 13個(gè)肥力評(píng)價(jià)因子為分析對(duì)象，首先對(duì)各指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化處理，然后應(yīng)用主成分分析，評(píng)價(jià)因子的累計(jì)貢獻(xiàn)率確定肥力評(píng)價(jià)因素?cái)?shù)量，最后用系統(tǒng)聚類法選擇評(píng)價(jià)的類別和評(píng)價(jià)因素。

1.4?數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用 Excel 2010 軟件和 SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2?結(jié)果與分析

2.1?不同土地利用方式對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響

由表1可知，旱地、園地和菜地土壤的質(zhì)地均為粉（沙）壤土。3種土地利用類型表層土壤（0～10 cm）的粉粒含量、沙粒含量、容重和孔隙度均存在顯著差異（P<0.05），旱地的沙粒含量和孔隙度最高，粉粒含量和容重最低；而園地的沙粒含量和孔隙度最低，粉粒含量和容重最高；菜地的4項(xiàng)指標(biāo)均居中。類似地，亞表層土壤（10～20 cm）的結(jié)果顯示，園地的粉粒含量、容重和孔隙度與旱地和菜地也存在顯著差異（P<0.05）。以上結(jié)果表明，不同農(nóng)業(yè)土地利用方式會(huì)導(dǎo)致土壤物理性狀尤其是土壤機(jī)械組成、容重及孔隙度大小發(fā)生顯著變化。

2.2?不同土地利用方式對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

由表2可知，不同土地利用方式的表層土壤（0～10 cm）和亞表層土壤（10～20 cm）的pH值均存在顯著差異（P<0.05）。表層土壤pH值范圍為4.23～5.45，順序?yàn)楹档?gt;菜地>園地；亞表層土壤pH值范圍為4.31～4.98，順序?yàn)椴说?gt;旱地>園地。表層土壤（0～10 cm）中，除菜地和園地的全磷含量沒(méi)有顯著差異（P>0.05）外，全氮、全鉀、堿解氮、速效鉀的含量在不同土地利用方式之間均存在顯著差異（P<0.05），并且全氮和全鉀養(yǎng)分含量均為旱地最高、園地最低，速效鉀和堿解氮含量為園地最高、菜地最低。在亞表層土壤（10～20 cm）中，除旱地和菜地的全氮含量無(wú)顯著差異（P>0.05）外，其他各項(xiàng)養(yǎng)分含量在不同利用方式之間均存在顯著性差異（P<0.05）。其中，全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷含量均為旱地最高；全氮、全磷、全鉀、速效磷含量均為園地最低。

2.3?不同土地利用方式對(duì)土壤有機(jī)碳的影響

腐殖質(zhì)是土壤養(yǎng)分的重要來(lái)源。由圖1可知，土地利用方式會(huì)對(duì)土壤有機(jī)碳（SOC）的含量以及腐殖質(zhì)組成產(chǎn)生較大影響。3種土地利用方式表層土壤（0～10 cm）的有機(jī)碳、富里酸碳（FAC）、胡敏素碳（HMC）含量均差異顯著（P<0.05），按照從大到小排序?yàn)楹档?gt;菜地>園地，僅旱地和菜地的胡敏酸碳（HAC）含量差異不顯著（P>0.05）。亞表層土壤（10～20 cm）的胡敏酸碳（HAC）、富里酸碳（FAC）、胡敏素碳（HMC）含量在3種土地利用類型中也存在顯著差異（P<0.05），僅旱地和菜地的有機(jī)碳（SOC）含量無(wú)顯著差異（P>0.05）。土地利用方式對(duì)表層土壤有機(jī)碳含量的影響最明顯，旱地的有機(jī)碳含量分別為菜地、園地的1.17、1.57倍。

PQ為胡敏酸碳（HAC）在腐殖酸總碳（HAC+FAC）中的比例，HA/FA為胡敏酸碳與富里酸碳的比值，二者均可表征土壤腐殖質(zhì)的聚合程度。一般，PQ和 HA/FA 的值越大，胡敏酸碳含量越高，分子量越大、分子結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，腐殖質(zhì)狀態(tài)越活躍、品質(zhì)越好［22-23］。由圖2可知，表層土壤中，土壤PQ和HA/FA均為菜地最高，旱地次之，園地最低，說(shuō)明菜地表層土壤的腐殖化程度最好，旱地居中，園地最差。亞表層土壤中，旱地與菜地的PQ和 HA/FA 均無(wú)顯著性差異（P>0.05），但是兩者都顯著高于園地（P<0.05），說(shuō)明亞表層土壤中旱地和菜地的腐殖化程度一致較高，園地較小?？傮w上，相比較菜地和旱地而言，園地土壤不僅腐殖質(zhì)含量低，而且腐殖化程度也較差。

2.4?土壤各理化性質(zhì)指標(biāo)間的相互關(guān)系

不同土地利用方式土壤理化性質(zhì)之間存在不同程度的相關(guān)性。由圖3可知，土壤容重與孔隙度及全氮、全磷、全鉀、速效磷、有機(jī)碳、胡敏酸碳、富里酸碳含、胡敏素碳含量，速效鉀含量與孔隙度、pH值及有機(jī)碳、胡敏酸碳、胡敏素碳含量以及堿解氮含量與pH值之間均呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。土壤孔隙度與全氮、全磷、全鉀、速效磷、有機(jī)碳、胡敏酸碳、富里酸碳、胡敏素碳含量，全氮含量與全磷、全鉀、速效磷、有機(jī)碳、胡敏酸碳、富里酸碳、胡敏素碳含量，全磷含量與堿解氮、速效磷，全鉀與堿解氮、速效磷、有機(jī)碳、胡敏酸碳、富里酸碳、胡敏素碳含量，堿解氮含量與速效磷、速效鉀、富里酸碳含量，速效磷含量與有機(jī)碳、胡敏酸碳、富里酸碳、胡敏素

碳含量以及有機(jī)碳、胡敏酸碳、富里酸碳、胡敏素碳含量彼此互相之間呈顯著或極顯著正相關(guān)。以上結(jié)果表明，土壤的物理指標(biāo)、化學(xué)指標(biāo)、腐殖質(zhì)組分之間存在復(fù)雜的相互關(guān)系。直接用這些指標(biāo)進(jìn)行土壤肥力評(píng)價(jià)，必然會(huì)造成信息冗余，影響評(píng)價(jià)結(jié)果［24］。因此，本研究后續(xù)選擇主成分和聚類分析方法對(duì)不同土地利用方式的土壤肥力狀況進(jìn)行綜合評(píng)定［25］。

2.5?土壤肥力質(zhì)量的主成分分析

以13個(gè)土壤理化性質(zhì)指標(biāo)作為評(píng)定綜合肥力的基礎(chǔ)。對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，以排除不同量綱和數(shù)量級(jí)對(duì)土壤肥力評(píng)價(jià)結(jié)果的影響，確保分析結(jié)果的科學(xué)性和客觀性［25］。將標(biāo)準(zhǔn)化后的土壤指標(biāo)分別記作ZBD、ZSP、ZpH、ZTN、ZTP、ZTK、ZAN、ZAP、ZAK、ZSOC、ZHAC、ZFAC、ZHMC，然后進(jìn)行主成分分析。主成分分析結(jié)果的特征值（λ）表示各主成分影響的力度，一般以特征值＞1作為主成分提取個(gè)數(shù)的原則。本研究提取出2個(gè)主成分（λ1=9.58，λ2=2.31），累積貢獻(xiàn)率為91.49%（表3），涵蓋了原始數(shù)據(jù)的大部分信息［26］。因此，以2個(gè)主成分作為綜合變量對(duì)本試驗(yàn)土壤肥力狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)是科學(xué)可行的。

各指標(biāo)對(duì)應(yīng)主成分的載荷值除以相應(yīng)主成分特征值的算數(shù)平方根，得到各指標(biāo)在主成分上的特征向量，表征各原指標(biāo)對(duì)于主成分的重要程度。根據(jù)主成分計(jì)算公式，得到2個(gè)主成分與13項(xiàng)指標(biāo)的線性組合，其中有機(jī)碳（SOC）含量、容重（BD）、孔隙度（SP）及胡敏素碳（HMC）、胡敏酸碳（HAC）、全鉀（TK）、富里酸碳（FAC）、全氮（TN）含量和pH值對(duì)第1主成分的影響較大，速效鉀（AP）、速效磷（AK）、堿解氮（AN）、全磷（TP）含量對(duì)第2主成分的影響較大，各主成分函數(shù)表達(dá)式如下：

F1=0.32×ZSOC-0.32×ZBD+0.32×ZSP+0.32×ZHMC+0.31×ZHAC+0.31×ZTK+0.31×ZFAC+0.30×ZTN+0.29×ZpH-0.25×ZAP+0.21×ZAK-0.02×ZAN+0.12×ZTP；

F2=-0.04×ZSOC+0.04×ZBD-0.04×ZSP-0.08×ZHMC-0.04×ZHAC-0.01×ZTK+0.10×ZFAC+0.04×ZTN+0.01×ZpH+0.37×ZAP+0.39×ZAK+0.63×ZAN+0.54×ZTP。

每種土地利用方式的綜合得分為每個(gè)主成分得分與其對(duì)應(yīng)貢獻(xiàn)率乘積的總和［公式為F=∑ni=1BiFi（n為主成分個(gè)數(shù)；B為第i主成分的貢獻(xiàn)率；F為第i主成分的得分）］。計(jì)算結(jié)果（表4）顯示，不同土地利用方式的表層土壤（0～10 cm）綜合得分范圍為-2.01～2.74；亞表層土壤（10～20 cm）為-3.43～1.33，土壤肥力綜合得分順序?yàn)楹档乇韺?gt;旱地亞表層>菜地亞表層>菜地表層>園地表層>園地亞表層。不論是表層土壤還是亞表層土壤，不同利用方式之間土壤肥力綜合得分均為旱地最高，菜地次之，園地最差。

為了評(píng)定不同土地利用方式下土壤肥力的差異，本研究使用系統(tǒng)聚類法對(duì)3種土地利用類型土壤肥力主成分得分進(jìn)行聚類分析。以歐氏距離法［27］將3種土地利用方式的表層土壤（0～10 cm）和亞表層土壤（10～20 cm）共分為5類（圖4中虛線所示），同時(shí)結(jié)合主成分分析結(jié)果賦予5個(gè)肥力等級(jí)［24，27］：一等肥力為旱地表層、二等肥力為旱地亞表層、菜地表層、三等肥力為菜地亞表層、四等肥力為園地表層、五等肥力為園地亞表層。聚類分析結(jié)果最終依然顯示旱地肥力最好，菜地次之，園地最差。

3?討論與結(jié)論

土壤物理性質(zhì)可以通過(guò)影響土壤水分、空氣和熱量狀況制約礦質(zhì)養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化、存在形態(tài)和供給平衡，其對(duì)于持續(xù)培肥土壤、提高土壤生產(chǎn)力、實(shí)現(xiàn)土壤資源可持續(xù)利用等具有十分重要的意義［28］。研究發(fā)現(xiàn)，表層土壤的容重和孔隙度大小順序分別為園地>菜地>旱地和旱地>菜地>園地，沙粒含量大小順序?yàn)楹档?gt;菜地>園地，結(jié)合土壤肥力指標(biāo)的Pearson相關(guān)分析可得，沙粒含量變化規(guī)律與容重相反，與孔隙度相一致，這與王瑋璐等的研究結(jié)果［29］一致。沙粒含量產(chǎn)生差異的原因可能與不同土地利用方式的耕作制度和施肥模式有關(guān)，其中旱地（玉米）采用秸稈還田+翻耕起壟的耕作種植模式，菜地僅為翻耕起壟，園地則為免耕種植。路明等研究證實(shí)，秸稈還田和耕作強(qiáng)度都可有效增加土壤中沙粒的含量［30-31］。土壤化學(xué)性質(zhì)是土壤的保肥能力、緩沖能力、自凈能力的重要反映，土壤的酸堿度、礦質(zhì)養(yǎng)分和有機(jī)碳含量等均是化學(xué)性質(zhì)的重要指標(biāo)。參照《全國(guó)第二次土壤普查》分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［32］，旱地和菜地的pH值范圍為 4.62～5.45，屬酸性土壤，園地的pH值范圍為 4.23～4.31，屬?gòu)?qiáng)酸性土壤。園地土壤酸化較為嚴(yán)重，原因可能與該地區(qū)園地礦質(zhì)養(yǎng)分的投入過(guò)量有關(guān)。分析園地的土壤養(yǎng)分可知，其表層土壤的全氮、全鉀及有機(jī)碳含量均為四級(jí)，屬于中下水平；堿解氮屬于三級(jí)，屬于中上水平；而全磷、速效磷、速效鉀含量均為一級(jí)，屬于極豐水平，并且各含量分別比一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)臨界值高49%、517%和205%。這表明園地各養(yǎng)分含量呈現(xiàn)兩極分化的現(xiàn)象，除堿解氮含量較為合理外，全氮、全鉀及有機(jī)碳含量較低，而全磷、速效磷、速效鉀的含量又過(guò)高，尤其是對(duì)于速效鉀和速效磷而言，含量已經(jīng)高出其一級(jí)臨界值的2倍和5倍以上。而已有研究證明，單一種植模式和長(zhǎng)期過(guò)量單施化肥會(huì)加速土壤酸化［33-36］，而有機(jī)肥的投入則會(huì)緩解土壤酸化的速率［37-38］。園地種植作物為香蕉，香蕉為喜鉀作物［39］，在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中過(guò)量高鉀復(fù)合肥的投入可能導(dǎo)致土壤速效養(yǎng)分失衡，加之較低的外源碳輸入種植模式，加劇了其酸化的過(guò)程。

土壤肥力是土壤各項(xiàng)基本理化性質(zhì)指標(biāo)的綜合反映，對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高效穩(wěn)定具有重要的現(xiàn)實(shí)意義［40-42］。由于不同土地利用方式對(duì)土地的影響強(qiáng)度不同，致使土壤各項(xiàng)肥力指標(biāo)發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致土壤綜合肥力變化［43-44］。而僅憑1項(xiàng)或者幾項(xiàng)指標(biāo)不能科學(xué)地反映土壤綜合肥力的變化趨勢(shì)，本研究以BD、SP、pH值及TN、TP、TK、AN、AP、AK、SOC、HAC、ZFAC、HMC含量共13個(gè)土壤理化性質(zhì)指標(biāo)作為評(píng)定綜合肥力的基礎(chǔ)，通過(guò)采用主成分分析和聚類分析方法［23-24］，將原始的13個(gè)肥力指標(biāo)降維，主成分綜合得分計(jì)算和聚類分析結(jié)果均顯示，無(wú)論是表層土壤還是亞表層土壤，旱地的肥力狀況均為最好，菜地次之，園地最差。在評(píng)價(jià)不同土地利用方式的 13 個(gè)土壤肥力指標(biāo)中，土壤SOC含量、BD、SP及HMC、HAC、TK、FAC、TN含量和pH值等對(duì)土壤肥力質(zhì)量的貢獻(xiàn)度較大，AP、AK、AN、TP含量的貢獻(xiàn)度較低。因此，赤紅壤區(qū)土壤的綜合肥力主要對(duì)有機(jī)碳及其組分、物理結(jié)構(gòu)（BD和SP）、全量養(yǎng)分（TP含量除外）和pH值的敏感性較高，對(duì)速效養(yǎng)分（AN、AP、AK含量）的敏感性較低。綜上可得，赤紅壤區(qū)不同土地利用方式的綜合肥力評(píng)價(jià)結(jié)果為旱地>菜地>園地，依據(jù)赤紅壤綜合肥力對(duì)不同理化指標(biāo)敏感性程度的高低，建議赤紅壤區(qū)應(yīng)科學(xué)施肥和測(cè)土配方施肥，同時(shí)增大土壤外源碳的輸入，豐富土壤有機(jī)碳庫(kù)儲(chǔ)量，進(jìn)而達(dá)到改良土壤物理結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤緩沖性能，改善土壤養(yǎng)分狀況的目標(biāo)［45-49］，以期實(shí)現(xiàn)赤紅壤區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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