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Construction of Evaluation Index System for Reasonable Plough Layer of Irrigated Land in Yellow River Irrigation District Based on Principal Component Analysis
CHENLan, WANGChengbao, YANGSicun, LUOZhuzhu, HUOLin, WENMeijuan
Journal of Agriculture ›› 2026, Vol. 16 ›› Issue (1) : 24-32.
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Construction of Evaluation Index System for Reasonable Plough Layer of Irrigated Land in Yellow River Irrigation District Based on Principal Component Analysis
Reasonable plough layer has an important impact on the high and stable yield of crops, and its evaluation system is the theoretical basis for constructing reasonable plough layer, but the evaluation system of plough layer suitable for irrigated land in Yellow River Irrigation District has not been established yet. Correlation analysis and principal component analysis were used to analyze 180 soil samples of the plough layer of maize fields in the Gansu Yellow River Irrigation District, to screen the evaluation indexes of plough layers suitable for irrigated field, and to establish an evaluation system. The results showed that the minimum data set (MDS) affecting the quality of plough soil was determined, including: plough layer depth, thickness of plough pan, >0.25 mm water-stable aggregates, available nitrogen, available phosphorus and available potassium. The correlation between the full data set of plough soil quality index (SQI-TDS) and the minimum data set of plough soil quality index (SQI-MDS) confirmed the rationality of the evaluation indexes of the minimum data set; based on the response relationship between corn yields and key indexes, the lower and upper reference values of key indexes were obtained. The index system and the range of values for evaluating the reasonable plough layer of irrigated field in the Yellow River Irrigation Area are: plough layer depth (22.2-22.7cm), thickness of plough pan (6-8.6 cm), >0.25 mm water-stable agglomerates (13.9%-16.3%), available nitrogen (70.41-99.81 mg/kg), available phosphorus (17.34-30.84 mg/kg), available potassium (169.9-172.6 mg/kg). This system could be used as a reference basis for local farmers to rationally cultivate and fertilize, establish suitable plough layer and construct high-standard farmland.
Gansu Yellow River Irrigation District / reasonable plough layer of irrigated field / principal component analysis / minimum data set / soil quality index
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【目的】研究深松（耕）方式对砂姜黑土耕层特性、作物产量、水分利用效率和经济效益的影响，筛选砂姜黑土区适宜的土壤耕作制度，为构建砂姜黑土合理耕层提供依据。【方法】试验设置5个冬小麦-夏玉米周年耕作处理，分别为秋季旋耕+夏季免耕（ART+SNT，对照）、秋季深松+夏季免耕（ASS+SNT）、秋季深耕+夏季免耕（ADMP+SNT）、秋季深耕+夏季下位深松（ADMP+SSSS）和秋季深耕+夏季侧位深松（ADMP+SSSL）。研究深松（耕）方式对冬小麦-夏玉米土壤物理特性、根系形态、作物产量和水分利用效率的影响。【结果】深松（耕）显著降低了土壤紧实度和土壤三相比R值，促进了冬小麦和夏玉米根系生长，提高了作物产量和水分利用效率，且深耕的效应大于深松，在冬小麦季深松（耕）的影响大于夏玉米季。与秋季旋耕+夏季免耕相比，秋季深松（耕）土壤紧实度降低20.9%，土壤三相比R值降低12.9%，作物根系干重密度增加29.8%，冬小麦、夏玉米及周年总产分别增加22.0%、8.8%和15.2%，冬小麦季、夏玉米季及周年水分利用效率分别增加18.2%、7.9%和14.0%，经济效益增加19.8%。秋季深耕+夏季深松对土壤耕层特性的改良效果优于单一秋季深松（耕），其作物根系生长、产量和水分利用效率均高于单一秋季深松（耕）。与单一秋季深松（耕）相比，秋季深耕+夏季深松土壤紧实度和土壤三相比R值降低5.6%和15.0%，作物增产4.4%，水分利用效率和经济效益增加4.0%和3.3%。5个处理中，以秋季深耕+夏季侧位深松对土壤耕层特性的改良效果最好，作物根系生长量、产量和水分利用效率最高。秋季深耕+夏季侧位深松土壤紧实度和土壤三相比R值比秋季旋耕+夏季免耕分别降低28.4%和26.6%，夏玉米根长、根系表面积、根系体积和根系干重密度分别增加67.0%、45.3%、23.1%和49.5%。秋季深耕+夏季侧位深松冬小麦、夏玉米和周年作物产量比秋季深耕+夏季免耕分别增加5.5%、3.4%和4.4%，比秋季旋耕+夏季免耕分别增加27.8%、11.6%和19.4%；冬小麦季、夏玉米季及周年水分利用效率比秋季深耕+夏季免耕分别增加3.7%、3.5%和4.1%，比秋季旋耕+夏季免耕分别增加20.9%、10.7%和18.1%；经济效益比秋季旋耕+夏季免耕增加24.4%。【结论】秋季深耕+夏季深松的作物产量和水分利用效率均高于单一秋季深松（耕）。在5个不同的深松（耕）方式处理中，秋季深耕+夏季侧位深松的产量和水分利用效率最高，是砂姜黑土区适宜的深松（耕）方式。
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【目的】研究甘肃引黄灌区耕地土壤全盐量（TS）、pH和盐分离子组成的空间分布特征及数量关系，并探讨它们之间的相互关系、影响程度以及对盐碱地类型、分布的影响。【方法】以兴电和景电两个典型灌区为研究取样区，样点布局既涵盖了上游新垦盐碱荒地、中游轻度盐渍化耕地、下游中重度盐渍化耕地和弃耕盐碱荒地，又兼顾了耕地土壤盐渍化类型（硫酸盐型、氯化物-硫酸盐型、硫酸盐-氯化物型）和程度（轻度、中度、重度）的差异。运用常规统计学方法研究了土壤TS、pH、盐分离子的剖面分布特征，运用典范对应分析方法（CCA）研究了土壤TS、pH与盐分离子含量之间的数量关系及各土层TS、pH、盐分离子与研究对象前2个CCA排序轴的相关系数、特征值和解释方差。【结果】甘肃引黄灌区耕地土壤为轻度至重度盐化，0—40 cm土层含盐量随土层深度的增加而降低，40—80 cm土层含盐量随土层深度的增加而增加。剖面中的阳离子以Na+为主，阴离子以SO42-为主，土壤pH介于7.93—9.98之间。不同土层内，K+与HCO3-、Ca2+与Mg2+始终有较好的关联性，Na+与Cl-之间的关联性越往下层越强，SO42-与Na+之间主要是负相关，K+与Na+以及SO42-、Cl-、HCO3-之间的关联性不强。在0—100 cm全剖面上，pH的空间分布受HCO3-的影响较大，TS受Na+、Cl-、SO42-的影响较大。分层与全剖面的情况有所不同，0—20 cm土层内TS和pH的空间分布主要受控于SO42-含量，20—40cm土层内主要受控于Cl-和Na+含量，40—60 cm土层内受Ca2+、Mg2+、SO42-和HCO3-的共同影响，60—80 cm土层内Mg2+是主要影响因素，80—100 cm土层内主要受控于Mg2+和Cl-。CCA第1排序轴反映了TS的变化情况，第2轴反映了pH的变化情况，第1轴特征值在0.53—0.70，解释方差在38.7%—57.7%；第2轴特征值在0.36—0.64，解释方差在30.6%—44.7%。【结论】甘肃引黄灌区的盐渍化耕地中同时存在盐分表聚和底聚两个过程，上游新垦盐碱荒地和中游轻度盐渍化耕地以底聚为主，下游中重度盐渍化耕地和弃耕盐碱荒地以表聚为主。60—80 cm的泥质胶结砂层含盐量高达93.7 g•kg-1，对水盐运移和盐分离子分布产生了重要影响，是造成灌区发生土壤次生盐渍化的主要原因之一。盐渍化耕地的钠质化现象只在重度次生盐渍化区发生，TS、Na+和SO42-是决定项目区盐碱地类型和分布的主要因素。典范对应分析通过箭头连线的长短、所处的象限、箭头之间的夹角以及与角符号间距离的远近等，在CCA二维排序图上可以直观地给出各盐分离子之间以及土壤TS、pH值与盐分离子之间的关系，并通过各土层TS、pH、盐分离子与研究对象前2个CCA排序轴的相关系数、特征值和解释方差等，来确定不同土层的主控因子和影响甘肃引黄灌区盐碱地类型和分布的主要因素，是一种更加科学的区域盐碱地特征及改良利用情况评价方法。
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