Phân tích thống kê thổ nhưỡng đất trồng trọt của huyện thanh ba phú thọ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ HUYỀN PHÂN TÍCH THỐNG KÊ THỔ NHƯỠNG ĐẤT TRỒNG TRỌT CỦA HUYỆN THANH BA – PHÚ THỌ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ HUYỀN PHÂN TÍCH THỐNG KÊ THỔ NHƯỠNG ĐẤT TRỒNG TRỌT CỦA HUYỆN THANH BA – PHÚ THỌ Chuyên ngành: Mã số: Lý thuyết xác suất thống kê toán học 60 46 15 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS HỒ ĐĂNG PHÚC Hà Nội – Năm 2012 Mục lục Lời nói đầu Một số kiến thức thống kê liên quan 1.1 Các khái niệm 1.1.1 Vectơ ngẫu nhiên 1.1.2 Tích vơ hướng hai vectơ 1.1.3 Chuẩn vectơ 1.1.4 Khoảng cách hai vectơ 1.1.5 Các loại khoảng cách thường dùng 1.2 Phân tích chùm 1.2.1 Phân tích chùm gì? 1.2.2 Khái quát phân tích chùm 1.2.3 Các bước phân tích chùm 1.2.4 Kiểm tra độ phù hợp phân nhóm 1.3 Phân tích thành phần 1.3.1 Cấu trúc thành phần 1.3.2 Các thành phần biến chuẩn hóa 1.3.3 Phân tích thành phần dựa mẫu 1.3.4 Các kết luận thống kê dựa mẫu lớn Ứng dụng phân tích thổ nhưỡng đất trồng trọt huyện Thanh Ba - Phú Thọ 2.1 Phần mềm trợ giúp việc tính tốn 2.1.1 Giới thiệu chung 2.1.2 Phần mềm SPSS 2.1.3 Sử dụng SPSS phân tích chùm 2.1.4 Sử dụng SPSS phân tích thành phần 2.2 Số liệu thổ nhưỡng đất 2.2.1 Thổ nhưỡng đất 5 10 10 11 11 13 13 14 16 26 28 28 34 36 38 40 40 40 40 41 43 46 46 MỤC LỤC 2.3 2.4 2.2.2 Sơ lược điều tra đất 2.2.3 Một số vấn đề phẫu diện đất Thanh Ba - Phú Thọ Kết áp dụng phương pháp phân tích chùm Kết áp dụng phương pháp phân tích thành phần Tài liệu tham khảo 47 47 50 54 60 LỜI NĨI ĐẦU Phân tích chùm (Cluster Analysis - CA) phương pháp thống kê nhằm phân loại đối tượng (các biến) cho đối tượng (biến) giống so với đối tượng (biến) khác nhóm dựa vào vài tiêu chí xác định trước Phân tích thành phần (Principal Component Analysis - PCA) phương pháp thống kê nhằm rút gọn số liệu, biểu diễn giải thích tập số liệu dựa việc biến đổi phân tích cấu trúc ma trận hiệp phương sai vectơ ngẫu nhiên thông qua việc phân tích tổ hợp tuyến tính thành phần Trong khn khổ thời gian cho phép luận văn Thạc sĩ, mục tiêu luận văn tìm hiểu, hệ thống lại kiến thức có liên quan đến Phân tích chùm, Phân tích thành phần góc độ sở tốn học ứng dụng từ phân tích số liệu cụ thể Luận văn chia làm hai chương: Chương đề cập đến số kiến thức thống kê liên quan Các khái niệm lý thuyết xác suất thống kê liên quan đến Phân tích chùm Phân tích thành phần vectơ ngẫu nhiên, khoảng cách hai vectơ Sau trình bày chi tiết Phân tích chùm Phân tích thành phần chính, sở tốn học cho ứng dụng luận văn Chương hai giới thiệu sơ lược phần mềm trợ giúp việc tính tốn, thổ nhưỡng đất Từ đó, đưa kết luận cho số liệu thổ nhưỡng đất trồng trọt huyện Thanh Ba - Phú Thọ Với kiến thức chuyên ngành chưa sâu sắc nên luận văn đưa số kết ban đầu Tuy nhiên, kết có phù hợp với phân tích chuyên ngành thực tế Lời cảm ơn Trước tiên tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn - Phó giáo sư, Tiến sĩ Hồ Đăng Phúc, người thầy động viên, giúp đỡ hướng dẫn tơi tận tình q trình hồn thành luận văn Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy cô giáo tổ Xác suất Thống kê giúp đỡ nhiều trình học tập làm luận văn Đặc biệt, xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo Lê Đức Vĩnh - Nguyên trưởng mơn Tốn Trường Đại học Nơng Nghiệp Hà Nội nhiệt tình giúp đỡ, cung cấp liệu xác số kiến thức giúp tơi hồn thành luận văn Cuối lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè người động viên, giúp đỡ tơi q trình thực luận văn Hà Nội, tháng 02 năm 2012 Chương Một số kiến thức thống kê liên quan 1.1 Các khái niệm 1.1.1 Vectơ ngẫu nhiên Vectơ ngẫu nhiên n chiều ánh xạ từ không gian mẫu Ω vào Rn Hay nói cách khác, vectơ ngẫu nhiên X = (X1 , , Xn) vectơ mà thành phần X1 , , Xn biến ngẫu nhiên Ma trận ngẫu nhiên Nếu X = (Xi j ) ma trận cấp n × p mà thành phần Xi j biến ngẫu nhiên gọi ma trận ngẫu nhiên Vectơ trung bình ma trận phương sai Cho X = (X1 , , Xn)T ma trận ngẫu nhiên n×1 Vectơ EX = (EX1 , , EXn)T = (μ1 , , μn )T gọi vectơ giá trị trung bình Đại lượng σii = E(Xi − μi )2, i = 1, , n gọi phương sai Xi ; σi j = E(Xi −μi )(X j −μi ) với μi = E(Xi ), μ j = E(X j ) gọi hiệp phương sai hai biến Xi X j , dễ dàng nhận thấy σi j = +∞ +∞ −∞ −∞ (xi − μi )(x j − μ j ) fi j (xi , x j )dxi dx j = +∞ +∞ −∞ −∞ xi x j fi j (xi , x j )dxi dx j − μi μ j (Xi , X j ) có mật độ đồng thời fi j (xi , x j ), σi j = xi x j (xi − μi )(x j − μ j )pi j (xi , x j ) = xi x j xi x j pi j (xi , x j ) − μi μ j (Xi , X j ) biến ngẫu nhiên rời rạc với xác suất đồng thời P(Xi = xi , X j = x j ) = pi j (xi , x j ) tổng chạy theo tất xi (tương ứng x j ) miền giá trị biến ngẫu nhiên Xi (tương ứng X j ) Nếu i j σi j = biến ngẫu nhiên Xi X j gọi không tương quan Xi X j gọi độc lập CHƯƠNG MỘT SỐ KIẾN THỨC THỐNG KÊ LIÊN QUAN P(Xi < xi , X j < x j ) = P(Xi < xi )P(X j < x j ), ∀xi , x j ∈ R1 Đẳng thức tương đương với đẳng thức sau fi j (xi , x j ) = fi (xi ) f j (x j ), ∀xi , x j , Xi , X j có mật độ đồng thời fi j mật độ riêng fi (xi ), f j (x j ), p j (xi , x j ) = pi (xi )p j (x j ) Xi , X j biến ngẫu nhiên rời rạc có xác suất đồng thời p j (xi , x j ) xác suất riêng pi (xi ), p j (x j ) Ta gọi EX = (EXi j ) ma trận giá trị trung bình, ⎧ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎨ EXi j = ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎩ xi j p j (xi j ) Nếu Xi j biến ngẫu nhiên rời rạc có hàm xác suất pi j (xi j ) xi j +∞ xi j fi j (x)dx Nếu Xi j biến ngẫu nhiên liên tục có hàm mật độ fi j (xi j ) −∞ Chú ý, Xi X j độc lập σi j = 0, điều ngược lại trường hợp Xi , X j có phân phối chuẩn Ma trận hiệp phương sai: Kí hiệu cov(X − μ)(X − μ)T = [E(Xi − μi )(X j − μ j )] gọi ma trận hiệp phương sai vectơ X Đặt = cov(X) = (σi j ) ma trận đối xứng xác định không âm cấp n σi j ; σii = Hệ số tương quan ma trận tương quan: Đại lượng ρi j = √ σii σ j j gọi hệ số tương quan Xi X j , ma trận ⎤ ⎡ ⎡ ⎤ ⎢⎢⎢ ρ12 ρ1n ⎥⎥⎥ ⎢⎢⎢ ρ12 ρ1n ⎥⎥⎥ ⎥ ⎢ ⎢⎢⎢ ⎥ ⎢⎢⎢ ρ21 ρ2n ⎥⎥⎥⎥⎥ ⎢⎢⎢⎢⎢ ρ2n ⎥⎥⎥⎥⎥ ⎥⎥ ⎥⎥ = ⎢⎢ ρ = ⎢⎢⎢⎢ ⎢⎢⎢ ⎥⎥⎥⎥⎥ ⎢⎢⎢⎢⎢ ⎥⎥⎥⎥⎥ ⎥⎦⎥ ⎥⎦⎥ ⎢⎣⎢ ⎢⎣⎢ ρn1 ρn2 gọi ma trận tương quan véc tơ X Ta tính ma trận ρ từ ma trận sau: ⎡ ⎤ ⎢⎢⎢ σ11 ⎥⎥⎥ ⎢⎢⎢ ⎥ ⎢⎢⎢ σ22 ⎥⎥⎥⎥⎥ ⎥⎥ = diag(σ11 , σ22 , , σnn ) V = ⎢⎢⎢⎢ ⎢⎢⎢ ⎥⎥⎥⎥⎥ ⎢⎣⎢ ⎥⎦⎥ 0 σnn CHƯƠNG MỘT SỐ KIẾN THỨC THỐNG KÊ LIÊN QUAN Đặt √ √ √ V 1/2 = diag( σ11 , σ22 , , σnn ) 1 V −1/2 = diag( √ , √ , , √ ) σ11 σ22 σnn Khi ρ = V −1/2 ΣV −1/2 Vectơ giá trị trung bình ma trận hiệp phương sai tổ hợp tuyến tính vectơ ngẫu nhiên Cho X1, X2 , , Xn biến ngẫu nhiên thực, a, b, c, c1, , cn số thực Khi ta có E(cX1) = cE(X1 ) var(cX1) = E(cX1 − cμ1 )2 = c2 E(X1 − μ1 )2 = c2 var(X1 ) cov(aX1 , bX2) = E(aX1 − aμ1 )(bX2 − bμ2) = abE(X1 − μ1 )(X2 − μ2 ) = abcov(X1 , X2) var(aX1 + bX2 ) = E(aX1 + bX2 − aμ1 − bμ2 )2 = E[a(X1 − μ1 ) + b(X2 − μ2 )]2 = E[a2(X1 − μ1)2 + b2(X2 − μ2 )2 + 2ab(X1 − μ1 )(X2 − μ2 )] = a2σ11 + b2σ22 + 2abσ12 Đặt C T = [a, b], ⎤ ⎡ ⎢⎢⎢ X1 ⎥⎥⎥ ⎥⎥⎦ = C T X, aX1 + bX2 = [a b] ⎢⎢⎣ X2 aEX1 + bEX2 = aμ1 + bμ2 = C T EX Vậy, E(C T X) = C T EX, ⎡ ⎢⎢ σ11 σ12 var(aX1 + bX2) = var(C T X) = C T ⎢⎢⎢⎣ σ21 σ22 ⎤ ⎥⎥⎥ ⎥⎥⎦ C CHƯƠNG MỘT SỐ KIẾN THỨC THỐNG KÊ LIÊN QUAN Một cách tổng quát, tổ hợp tuyến tính C T X = c1 X1 + c2 X2 + + cn Xn ta có E(C T X) = C T EX, var(C T X) = C T C Tổng quát hơn, ta xét q tổ hợp tuyến tính z1 = c11 X1 + c12 X2 + + c1n Xn , z2 = c21 X1 + c22 X2 + + c2n Xn , zq = cq1 X1 + cq2 X2 + + cqn Xn dạng ma trận ⎡ ⎢⎢⎢ z1 ⎢⎢⎢ ⎢⎢⎢ z2 Z = ⎢⎢⎢⎢ ⎢⎢⎢ ⎢⎢⎣ zq ⎤ ⎡ ⎥⎥⎥ ⎢⎢⎢ c11 ⎥⎥⎥ ⎢⎢⎢ ⎥⎥⎥ ⎢⎢⎢ c21 ⎥⎥⎥ = ⎢⎢⎢ ⎥⎥⎥ ⎢⎢⎢ ⎥⎥⎥ ⎢⎢⎢ ⎦ ⎣ cq1 ⎤⎡ ⎤ ⎥⎥⎥ ⎢⎢⎢ X1 ⎥⎥⎥ ⎥⎥⎥ ⎢⎢⎢ ⎥ ⎥⎥⎥ ⎢⎢⎢ X2 ⎥⎥⎥⎥⎥ ⎥⎥⎥ ⎢⎢⎢ ⎥⎥⎥ = CX ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎥⎥⎥ ⎢⎢⎢ ⎥⎥⎥⎥⎥ ⎥⎦ ⎦⎥ ⎣⎢ cq2 cqn Xq c12 c1n c22 c2n EZ = CEX; Z = cov(Z) = cov(CX) = C XC T Vectơ trung bình mẫu ma trận hiệp phương sai mẫu Xét véc tơ ngẫu nhiên X T = (X1 , X2, , X p ) Ta thực n quan sát độc lập X T Giả sử quan sát lần thứ ta thu X1 = (x11 , x12 , , x1p ), quan sát lần thứ hai ta thu X2 = (x21 , x22 , , x2p ), , quan sát thứ n ta thu Xn = (xn1 , xn2 , , xnp ) Kí hiệu ⎡ T ⎢⎢⎢ X1 ⎢⎢⎢ ⎢⎢⎢ X T X = ⎢⎢⎢⎢ ⎢⎢⎢ ⎢⎢⎣ XnT ⎤ ⎡ ⎥⎥⎥ ⎢⎢⎢ x11 ⎥⎥⎥ ⎢⎢⎢ ⎥⎥⎥ ⎢⎢⎢ x21 ⎥⎥⎥ = ⎢⎢⎢ ⎥⎥⎥ ⎢⎢⎢ ⎥⎥⎥ ⎢⎢⎢ ⎦ ⎣ xn1 ma trận tạo quan sát Đặt ⎤ x12 x1p ⎥⎥⎥ ⎥⎥⎥ x22 x2p ⎥⎥⎥⎥ ⎥⎥ ⎥⎥⎥⎥ ⎥⎥⎦ xn2 xnp CHƯƠNG ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH THỔ NHƯỠNG ĐẤT TRỒNG TRỌT CỦA HUYỆN THANH BA - PHÚ THỌ sinh trưởng chiều cao Thành phần thứ hai liên quan chủ yếu chiều dài địng Hình 2.4: Biểu diễn đối tượng mặt phẳng Từ mặt phẳng ta biết phân bố đối tượng Tuy nhiên, số liệu Ví dụ q kết luận cụ thể khó đưa Chúng ta sử dụng hai loại phân tích với phần mềm SPSS để khảo sát liệu lớn sau 2.2 Số liệu thổ nhưỡng đất 2.2.1 Thổ nhưỡng đất Thổ nhưỡng đất mặt tơi xốp vỏ lục địa, có độ dầy khác nhau, sản suất sản phẩm trồng Nguồn gốc đất từ đá mẹ nằm thiên nhiên lâu đời bị phá hủy tác dụng yếu tố lý học, hóa học sinh học Tiêu chuẩn để phân biệt đá mẹ đất độ phì nhiêu, chưa có độ phì nhiêu, thực vật cao cấp chưa sống chưa gọi thổ nhưỡng Các yếu tố hình thành đất đá mẹ, mẫu chất, sinh vật (động vật, thực vật vi sinh vật), khí hậu, địa hình, thời gian người Các loại đá nằm thiên nhiên chịu tác dụng lý học, hóa học sinh học bị phá hủy thành sản phẩm gọi mẫu chất Trong mẫu chất có 46 CHƯƠNG ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH THỔ NHƯỠNG ĐẤT TRỒNG TRỌT CỦA HUYỆN THANH BA - PHÚ THỌ nguyên tố hóa học chứa đá mẹ sinh nó, cịn thiếu số thành phần quan trọng chất hữu cơ, đạm nước thực vật cao cấp chưa sống Trải qua thời gian dài nhờ tác dụng sinh vật tích lũy chất hữu đạm, thực vật cao cấp sống được, có nghĩa hình thành thổ nhưỡng Dù đất nơng nghiệp, đất lâm nghiệp, đất đồng cỏ, chí đất hoang gồm có thành phần cụ thể thổ nhưỡng gồm chất rắn (chất vô cơ, chất hữu cơ), khe hở hạt (khơng khí, nước) lồi sinh vật 2.2.2 Sơ lược điều tra đất Địa điểm đào phẫu diện phải thật đại diện cho khu vực điều tra Sau đào phẫu diện đào đến gặp tầng cứng rắn, đá mẹ đến độ sâu tối thiểu 125cm chưa gặp tầng cứng rắn, chiều rộng 70 - 80cm, chiều dài 1.2 - 2.0m Khi gặp loại đất giống đất phẫu diện gần đào phẫu diện phụ sâu 100cm Lấy mẫu đất phân tích theo trình tự sau: lấy mẫu đất đáy phẫu diện, sau lấy dần lên tầng trên, lấy tất tầng phát sinh, lấy theo độ dày tầng đất, tầng dày chưa đến 50cm lấy mẫu, tầng dày 50 - 90cm lấy hai mẫu, tầng dày 90cm lấy ba mẫu mẫu đất phải lấy đủ trọng lượng 1kg Lấy đất tầng cho vào ngăn hộp tiêu giấy, gỗ nhựa Đất cho vào hộp phải giữ dạng tự nhiên đặc trưng cho tất tầng đất Sau mô tả phẫu diện đất 2.2.3 Một số vấn đề phẫu diện đất Thanh Ba - Phú Thọ Dựa vào số liệu điều tra ta biết phẫu diện đất Cụ thể số liệu luận văn sau Số liệu điều tra xã Hanh Cù, Vô Lao, Thanh Xá, n Nội, Đơng Lĩnh, Chí Tiến, TT Thanh Ba, Thái Ninh, Đồng Xuân, Thanh Vân, Lương Lỗ, Đỗ Sơn, Đơng Thành, Năng n, Quảng Nạp, Khải Xn, Hồng Cương, Thanh Hà, Đỗ Xuyên, Yểu Khê, Sơn Cương, Mạn Lan, Phương Lĩnh, Ninh Dân huyện Thanh Ba tỉnh Phú Thọ Trong đó, điều tra địa hình, thành phần giới, màu sắc, 47 CHƯƠNG ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH THỔ NHƯỠNG ĐẤT TRỒNG TRỌT CỦA HUYỆN THANH BA - PHÚ THỌ chất hữu tính kiềm đất Cụ thể số liệu điều tra loại địa hình khác đồi, gị, núi, bãi, dốc, nơng trường cánh đồng Thành phần giới gồm có sét, limon cát Và ngun tố hóa học đất Si, Al, Fe, Ca, Mg, S, N, P, K số nguyên tố vi lượng khác Dung tích trao đổi cation đất tổng số cation (kể cation kiềm không kiềm) giữ trạng thái trao đổi 100g đất, tính ly đương lượng gam, ký hiệu chữ CEC Dung tích trao đổi cation xác định cách phân tích trực tiếp tính theo cơng thức CEC=S+H Trong S tổng số cation kiềm, kiềm thổ hấp thụ (chủ yếu Ca2+ , Mg2+ , K+ Na+ ), H tổng số ion H+ Al3+ hấp thụ (độ chua thủy phân) Tất tính đơn vị 1đl/100g đất Dung tích trao đổi cation đất phụ thuộc vào thành phần keo, thành phần giới đất, tỷ lệ SiO2 /R2 O3 độ pH Thành phần keo đất khác CEC đất khác nhau, đất nhiều mùn, thành phần giới đất nặng, tỉ lệ SiO2 /R2 O3 lớn CEC lớn, độ pH tăng lên CEC tăng lên Nói chung, CEC có giá trị cao đất tốt chứa nhiều keo Tuy nhiên, dung tích trao đổi cation nói lên khả trao đổi cation mà chưa nói lên thành phần cation hấp thụ Thực tế số đất có CEC lớn nhiều H+ nên đất chua Vì thế, cần có tỷ lệ CEC lớn tỷ lệ cation bazơ (cả cation kiềm kiềm thổ) lớn đất tốt Bởi người ta dùng tiêu độ no bazơ để đánh giá độ phì nhiêu đất Độ no bazơ đất tỷ lệ phần trăm cation kiềm, kiềm thổ chiếm tổng số cation kiềm hấp thụ, ký hiệu BS, đơn vị % tính theo cơng thức BS(%)= (S x 100)/CEC = (S x 100)/(S+H) BS có giá trị lớn đất bão hòa bazơ Cụ thể BS < 50% đất đói bazơ, BS từ 50% đến 75% đất có độ bazơ trung bình cịn BS > 75% đất no bazơ Như vậy, độ pH, CEC BS dùng để đo tính kiềm đất Chất hữu mùn đất Chất hữu xác sinh vật phân hủy chiếm 5% trọng lượng 12% thể tích chất rắn Dấu hiệu làm đất khác đá mẹ đất có chất hữu mùn 48 CHƯƠNG ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH THỔ NHƯỠNG ĐẤT TRỒNG TRỌT CỦA HUYỆN THANH BA - PHÚ THỌ Số lượng tính chất chúng tác động mạnh mẽ đến trình hình thành đất, định nhiều tính chất lý, hóa, sinh độ phì nhiêu đất Về mặt số lượng chất hữu cơ, tiêu chí để đánh giá tỷ lệ %OC (cacbon hữu tổng số) tỷ lệ % mùn OM (chất hữu tổng số = 1.72 x OC) so với đất khô kiệt Giá trị tiêu cao đất tốt W.Siderius đánh giá hàm lượng chất hữu đất (phân tích theo Walkley-Black) theo tiêu chuẩn sau: Mức độ OC (%) OM (%) Mùn Rất giàu > 3.50 > 6.0 Giàu 2.51 - 3.50 4.3 - 6.0 4.0 - 8.0 > 8.0 Trung bình 1.26 - 2.51 2.3 - 4.3 2.0 - 4.0 Nghèo 0.60 - 1.26 1.0 - 2.2 1.0 - 2.0 Rất nghèo < 0.60 < 1.0 < 1.0 Tổng hợp tiêu lý hóa học Bảng Xếp loại phản ứng đất (theo pHH2 O ) Phản ứng đất pH Phản ứng đất pH Cực kỳ chua 9.1 6.1 - 6.5 Rất kiềm Bảng Dung tích hấp thụ (CEC), độ bão hòa bazơ đất (BS) Mức độ CEC (1lđ/100g đất) BS(%) pH (H2O) tương ứng với BS Rất cao >40 81 - 100 6.5 - 7.2 Cao 26 - 40 61 - 80 6.0 - 6.5 Trung bình 13 - 25 41 - 60 5.5 - 6.0 Thấp - 12 21 - 40 5.0 - 5.5 Rất thấp 6.0 > 3.5 > 0.3 > 25 Cao 4.3 - 6.0 2.51 - 3.5 0.226 - 0.3 16 - 25 Trung bình 2.1 - 4.2 1.26 - 2.5 0.126 - 0.225 11 - 15 Thấp 1.0 - 2.0 0.6 - 1.25 0.05 - 0.125 - 10 Rất thấp < 1.0 < 0.6 < 0.05 0.1 Trung bình 0.06 - 0.1 Nghèo 0.06 Bảng Hàm lượng đạm thủy phân Mức độ N thủy phân (mg/100g đất) Giàu >8 Trung bình - Nghèo Bảng Hàm lượng kali dễ tiêu đất Mức độ K2 O (mg/kg đất) Rất cao >200 Cao 175 - 200 Trung bình 150 - 175 Thấp < 150 2.3 Kết áp dụng phương pháp phân tích chùm Khi phân tích số liệu, nhà thổ nhưỡng kỳ vọng rút số số tiêu biểu để phân tích, đánh giá Việc phân nhóm biến giúp ta biết biến có đặc trưng giống nhau, khác Từ rút kết luận có lợi cho việc nghiên cứu Do vậy, ta thử dùng phương pháp phân tích chùm để 50 CHƯƠNG ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH THỔ NHƯỠNG ĐẤT TRỒNG TRỌT CỦA HUYỆN THANH BA - PHÚ THỌ ghép biến vào số nhóm Bằng cách sử dụng loại khoảng cách khác khoảng cách Euclid, Euclid bình phương, Cosine, Tương quan Pearson, Chebychev, Block, Minkowski Customized SPSS Sau xem xét kết thấy tất loại khoảng cách khoảng cách Tương quan Pearson hợp lý Hình 2.5: Biểu diễn biến chia thành nhóm Cụ thể từ Hình2.5 ta thấy không gian biến chia làm nhóm Trong nhóm gồm biến pHH2 O , pHH Cl, Ca2+ , Mg2+ , K+ , BS, P2 O5 , K2 O, Fe2+ , Fe3+ , cat ba tầng, liên quan chủ yếu đến độ kiềm đất (độ pH, độ no bazơ (BS)), nhóm gồm biến Al3+ , Set, Limon ba tầng, liên quan chủ yếu đến thành phần giới đất nhóm gồm biến Na+ , OC, N, CEC ba tầng, liên quan chủ yếu đến chất hữu mùn đất (Nitơ, cacbon hữu tổng số (OC)) Tuy nhiên, ta thấy CEC đo độ kiềm đất cơng thức tính ngược lại với độ pH độ no bazơ nên lại bị đưa sang nhóm Như vậy, kết chưa thực hợp lý Ta thử phân tích chùm khơng gian biến cách thay biến CEC thành biến (-1)xCEC thấy kết hợp lý Cụ thể nhóm gồm biến pHH2 O , pHH Cl, Ca2+ , K+ , BS, CEC, P2 O5 , K2 O, Fe2+ , Fe3+ , cat đặc trưng cho độ kiềm đất, nhóm gồm biến 51 CHƯƠNG ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH THỔ NHƯỠNG ĐẤT TRỒNG TRỌT CỦA HUYỆN THANH BA - PHÚ THỌ Al3+ , Set, Limon coi liên quan đến thành phần giới đất nhóm gồm biến Na+ , Mg2+ , OC, N đặc trưng cho chất hữu mùn đất Hình 2.6: Biểu diễn biến chia thành nhóm thay CEC (-1)CEC Tuy nhiên, mục tiêu nhà thổ nhưỡng phân loại mẫu đất vùng khác xem xếp mẫu đất vào nhóm khác biệt để quy hoạch việc trồng trọt loại mẫu đất thích hợp Vì vậy, ta cố gắng xếp đối tượng mẫu số liệu thành mẫu đất có đặt tính sinh hóa, tính chất, địa hình khác để phục vụ cho canh tác Nên ta dùng phân tích chùm để chia đối tượng ta thành nhóm Bằng cách sử dụng khoảng cách Euclid bình phương với label xã, dùng ngưỡng cắt thích hợp chia đối tượng làm nhóm cụ thể nhóm gồm 76 đối tượng, nhóm gồm 12 đối tượng nhóm gồm đối tượng (Hình 2.7) Từ ta thấy rằng, việc phân chia nhóm chưa thực phù hợp với nhà phân tích, chưa giúp định hướng cho việc khai thác giá trị trồng trọt nhóm đất Có thể dùng biến nguyên thủy số đo biến chưa thực giống có biến đo với đơn vị 1dl/100g, có biến lại đo với đơn vị mg/100g số biến khác lại biểu diễn dạng% Để khắc phục điều ta phân tích biến chuẩn hóa kết (Hình 2.8) 52 CHƯƠNG ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH THỔ NHƯỠNG ĐẤT TRỒNG TRỌT CỦA HUYỆN THANH BA - PHÚ THỌ Hình 2.7: Biểu diễn đối tượng chia thành nhóm Hình 2.8: Biểu diễn đối tượng biến chuẩn hóa Lại cắt ngưỡng chia làm nhóm ta thấy có tiên chưa tạo đồng tương đối số liệu Như vậy, phân tích chùm chưa đưa kết tương đối cho số liệu Nên ta chuyển sang dùng phương pháp phân tích thành phần 53 CHƯƠNG ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH THỔ NHƯỠNG ĐẤT TRỒNG TRỌT CỦA HUYỆN THANH BA - PHÚ THỌ 2.4 Kết áp dụng phương pháp phân tích thành phần Khi phân tích chùm khơng gian biến, chia tập biến làm nhóm biết nhóm có biến nào, có đặc trưng riêng nhóm Tuy nhiên, số lượng biến số liệu lớn theo lý thuyết thổ nhưỡng ta biết khơng phải biến quan trọng đặc trưng riêng nhóm nhu cầu nghiên cứu chuyên ngành thổ nhưỡng Mặt khác, người ta phân tích chi tiết theo biến một, không tập trung vào trọng tâm cần nghiên cứu Để khắc phục nhược điểm đó, ta dùng phương pháp phân tích thành phần khơng gian biến để rút gọn số liệu, tổng hợp từ nhiều biến nguyên thủy số biến quan trọng nhất, đại diện cho nhóm biến từ chia nhóm đối tượng cách rõ ràng dễ diễn giải Đưa 57 biến từ pHH2 O T đến CatT3 vào để phân tích thành phần Vì biến đo với đơn vị khác nên ta dùng ma trận tương quan Ta kết sau Hình 2.9: Biểu diễn thành phần 54 CHƯƠNG ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH THỔ NHƯỠNG ĐẤT TRỒNG TRỌT CỦA HUYỆN THANH BA - PHÚ THỌ Hình 2.10: Tỉ lệ biến động thành phần Nhìn vào đồ thị 2.10, ta thấy độ biến động chủ yếu bốn thành phần cung cấp, bốn thành phần chứa đến 58% độ biến động Trong thành phần thứ chứa 32% độ biến động, thành phần thứ hai chứa 11% độ biến động, thành phần thứ ba chứa 8% độ biến động thành phần thứ tư chứa 7% độ biến động Ta thấy rằng, độ biến động khơng biến đổi đáng kể từ thành phần thứ năm trở sau Mặc dù hai thành phần chứa < 50% số lượng thành phần lớn thành phần phía sau có tỉ lệ biến động thay đổi chậm với giá trị nhỏ nên ta tập trung xét đến hai thành phần Để thấy rõ ý nghĩa thành phần ta xem xét ma trận hệ số tương quan sau: Dựa vào ma trận hệ số tương quan ta thấy rằng: +) Thành phần thứ chủ yếu liên quan đến pHH2 O , pHKCl , BS với hệ số tương quan tương ứng 0.872, 0.757, 0.734 tấng một, tương ứng 0.918, 0.897, 0.909 tầng hai tương ứng 0.891, 0.884, 0.893 tầng ba Ngồi cịn liên quan đến Ca2+ , Mg2+ , K2 O, P2 O5 , Fe2+ Fe3+ Như vậy, 55 CHƯƠNG ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH THỔ NHƯỠNG ĐẤT TRỒNG TRỌT CỦA HUYỆN THANH BA - PHÚ THỌ Hình 2.11: Ma trận hệ số tương quan coi thành phần thứ liên quan chủ yếu đến độ kiềm đất ta gọi thành phần thành phần độ kiềm +) Thành phần thứ hai liên quan chủ yếu đến OC, N với hệ số tương quan tương ứng 0.737, 0.722 tầng một, tương ứng 0.349, 0.380 tầng hai tương ứng 0.368, 0.340 tầng ba Ngồi cịn liên quan đến Ca2+ , Mg2+ cat Như vậy, coi thành phần thứ hai liên quan đến hàm lượng chất hữu nitơ đất gọi thành phần chất hữu Ở ta biết đặc trưng hai thành phần Để biết mối quan hệ chúng từ phân tích số liệu ta biểu diễn đối tượng mặt phẳng sau: Các đối tượng phân nhóm rõ ràng, cụm lại thành nhóm Từ mặt phẳng ta thấy rằng, chia không gian đối tượng làm ba nhóm khác đó: Nhóm thứ có thành phần độ kiềm lớn 0.8 thành phần chất hữu nhỏ Nhóm thứ hai có thành phần độ kiềm nhỏ 0.8 thành phần chất hữu lớn Nhóm thứ ba có thành phần độ kiềm nhỏ 0.8 thành phần chất hữu nhỏ Đối chiếu cách phân nhóm với bảng số liệu gốc ta thấy 56 CHƯƠNG ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH THỔ NHƯỠNG ĐẤT TRỒNG TRỌT CỦA HUYỆN THANH BA - PHÚ THỌ Hình 2.12: Biểu diễn đối tượng mặt phẳng vùng đất xã thường nằm nhóm, "mẫu" nằm vào nhóm khác so với mẫu đất xã mẫu điều tra độ dốc khác so với mẫu đất Trong ba nhóm đất kể trên, nhóm bao gồm mẫu đất có phẫu diện với đặc điểm chung điều tra địa hình E2 trạng thái mặt đất ẩm ướt xói mịn ít, thực vật tự nhiên chủ yếu cỏ, đồng thời lúa trồng chủ yếu khu vực Nhóm bao gồm mẫu đất có phẫu diện với đặc điểm chung điều tra địa hình vàn, E2 trạng thái mặt đất khơ xói mịn mạnh, thực vật tự nhiên chủ yếu mua, tè, trồng trọt chủ yếu khu vực lúa bạch đàn Nhóm bao gồm mẫu đất có phẫu diện với đặc điểm chung điều tra địa hình E2 trạng thái mặt đất ẩm xói mịn trung bình, thực vật tự nhiên chủ yếu bụi, cỏ, trồng trọt chủ yếu lúa, chè bạch đàn Khi chia nhóm hai phương pháp ta thấy rằng, dùng phân tích chùm để chia nhóm hầu hết đối tượng xếp vào nhóm 1, nhóm nhóm chứa đối tượng việc phân nhóm phương pháp phân tích chùm khơng cho kết hợp lý Trong đó, ta dùng phương pháp phân tích thành phần hai thành phần thứ thứ hai để chia nhóm đối 57 CHƯƠNG ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH THỔ NHƯỠNG ĐẤT TRỒNG TRỌT CỦA HUYỆN THANH BA - PHÚ THỌ tượng ta chia mẫu đất thành ba nhóm có số lượng tương đối đồng Mặt khác, dựa vào ý nghĩa thành phần để diễn giải đặc tính riêng nhóm Mặc dù nhóm đất có đặc điểm sinh hóa khác độ kiềm, thành phần hữu sử dụng để trồng lúa chủ yếu Như vậy, cần phải xác định chế độ canh tác riêng, phù hợp cho nhóm đất để có thu hoạch lớn Chẳng hạn, nhóm 1, nhóm có độ kiềm tương đối cao để nâng cao suất lúa cần tập trung vào việc bổ sung thêm thành phần hữu cho đất Đối với nhóm 2, nhóm có thành phần hữu cao nên phải cải tạo đất tập trung vào việc giảm độ chua Đối với nhóm 3, nhóm có độ kiềm tương đối nhỏ đồng thời thành phần hữu nên phải đồng thời có tác động để giảm độ chua đất dùng phân hữu cơ, phân chuồng để tăng cường chất hữu cho đất 58 CHƯƠNG ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH THỔ NHƯỠNG ĐẤT TRỒNG TRỌT CỦA HUYỆN THANH BA - PHÚ THỌ KẾT LUẬN Mặc dù luận văn chưa đưa kết chuyên sâu phân tích thổ nhưỡng huyện Thanh Ba - Phú Thọ, luận văn làm số vấn đề sau: • Luận văn trình bày chi tiết khái niệm mở đầu phân tích chùm phân tích thành phần Các ví dụ phần mở đầu cho thấy kỹ thuật có ứng dụng rỗng rãi nhiều lĩnh vực khác để phân tích diệu • Luận văn áp dụng công cụ kể để phân tích thổ nhưỡng đất trồng trọt huyện Thanh Ba - Phú Thọ, đưa số kết có tính thực hành cao • Luận văn việc tính tốn tay không khả thi thực tập liệu lớn, việc sử dụng phần mềm SPSS tương đương cần thiết Vì luận văn có trình bày mức độ thao tác cần thực SPSS • Hướng nghiên cứu tiếp sử dụng phương pháp trình bày để nghiên cứu thổ nhưỡng khu vực rộng hơn, nhiều tỉnh Có thể giúp cho cơng tác quy hoạch đất nông nghiệp 59 Tài liệu tham khảo [1] Bộ môn khoa học đất trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội (2006), Giáo trình Thổ Nhưỡng học, Nxb Nơng Nghiệp, Hà Nội [2] Hội khoa học đất Việt Nam (1999), Sổ tay điều tra phân loại đánh giá đất, Nxb Nông Nghiệp, Hà Nội [3] Nguyễn Đình Hiền (2008), Xử lý thống kê nhiều chiều ứng dụng Nông Nghiệp, Nxb Nông Nghiệp, Hà Nội [4] Nguyễn Văn Hữu, Nguyên Hữu Dư (2003), Phân tích thống kê dự báo, Nxb Đại học Quốc Gia Hà Nội [5] Joseph F Hair Jr., Rolph E Anderson, Ronald L Tatham, William C Black (1992), Multivariate Data Analysis with Reading, Macmillan Publishing Company New York 60 ... CHƯƠNG ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH THỔ NHƯỠNG ĐẤT TRỒNG TRỌT CỦA HUYỆN THANH BA - PHÚ THỌ 44 CHƯƠNG ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH THỔ NHƯỠNG ĐẤT TRỒNG TRỌT CỦA HUYỆN THANH BA - PHÚ THỌ Từ ta có kết quả:... PHÂN TÍCH THỔ NHƯỠNG ĐẤT TRỒNG TRỌT CỦA HUYỆN THANH BA - PHÚ THỌ Ta kết sau: Hình 2.1: Phân nhóm khơng gian biến 42 CHƯƠNG ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH THỔ NHƯỠNG ĐẤT TRỒNG TRỌT CỦA HUYỆN THANH BA. .. thành cơng cụ phân tích thống kê thiếu để thực phương pháp phân tích định lượng Gần đây, cơng 40 CHƯƠNG ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH THỔ NHƯỠNG ĐẤT TRỒNG TRỌT CỦA HUYỆN THANH BA - PHÚ THỌ ty SPSS đổi