2022年电导仪对干旱区土壤盐分空间异质性研究报告 .docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用电导仪 <土壤盐分测定仪）对干旱区土壤盐分空间异质性的争论摘要：为争论干旱区土壤盐分窄间异质性,指导农业生产实践,运用浙江托普仪器的 TZS-EC-I 型的电导仪 <土壤盐分测定仪）对争论区域进行移动式磁感调奁,猎取表观电导率 ECa>；同时,通过 27 个校准点的采样和 ECa测量,建立土壤盐分的电磁感应解译模型；干旱区土壤盐分质量分数与 EM38、EM31水平模式读数 扔 8、1- 31>显示出良好的相关性 尺=o935>,可以利用 ECa 结合GIS 和地统计学学问争论土壤盐分的空间分布；采纳两种方法进行争论：一种是先利用解译模型猎取磁感调查点的土壤盐分质量分数,然后进行地统计分析争论其空间分布；另一种是先利用地统计分析争论H38 和t31 的空间分布,然后利用解译模型通过栅格运算运算盐分质量分数,精度检验显示前者猜测值 与 实 测 值 之 间 的 相 天 性 更 好 R2 , 0 888>0 873> ： 标 准 差 较 低 std 0414<0426>,具有更高的猜测精度；争论结果说明,基于电磁感应 争论干旱区土壤盐分窄问异质性是切实町行的,这对于土壤盐渍化的快速诊 断,指导农业生产和促进精准农业的进展具有重要的意义；关键词：电磁感应,表观电导率,土壤盐分,空问异质性；电导仪 <土壤盐分测 定仪）0 引言 土壤盐渍化足制约农业生产重要障碍因素之一,中国盐渍土分布广泛,从潮湿地区到极端干旱的荒漠地区,均有大量盐渍土的分布 ,总面积约为 3 600× 104 hm2,占全国可利用土地面积的488t2I ；分析土壤盐分空间异质性有利丁二指导农业生产,电磁感应式大地电导率测量 EM>方法由于其无需电极插入、测量速度快,数据猎取量大,在土壤盐渍化调查、监测与评估争论中得到了广泛应用 12 ；DLCorwin、SMLesch 等争论了电磁感应技术在土壤性质的空间异质性中的应用【3；5】,鞠茂森、杨劲松、刘广明等探究了移动式电磁感应系统在农业中的应用【6 培】,李洪义,史舟等利用EM38猜测土壤剖面土壤电导率【 9】,姚荣江、张同娟、杨劲松等利用电磁感应技术对海涂区、河口区土壤盐分进行空间分析【lmlll；目前对于利用移动式电磁感应调查系统对干旱区特别是极端干旱区进行土壤盐分空间异质性争论仍不多见,本文通过建立土壤盐分的电磁感应解译模型,利用空间分析、地统计学等相关学问名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用探讨两种不同思路在十壤盐分空间异质性争论中的应用,对比猜测精度选取精度较高方法争论土壤盐分空间异质性,这对于指导当地农业生产,进展精准农业具有重要意义；1 材料与方法11 争论区域简况争论区域选在新疆南部典型干旱区巴音郭楞州,以巴音郭楞州西尼尔浇灌试验站 86 ；10477” E,41；35305” N>面积约 200 hm2 的农田为争论对象；巴州地处天山南麓,气候特别干旱,年降水量大多在 100 lnlll 以下,而蒸发量在 2 500 mlTl左右,蒸降比值大约为 40【l J ,年平均气温 82-11 6,昼夜温差大,气温变化四季分明,属暖温带大陆性干旱气候,空气干燥,光照充分,高蒸降比使该地区极易产生土壤的盐渍化和次生盐渍化问题；12 争论方法本争论利用电磁感应式浙江托普仪器的 仪）对争论区域进行电磁感应调查,TZS-EC-I 型的电导仪 <土壤盐分测定 EM38、EM31基于电磁感应原理,通过测量原生磁场和次生磁场之间的相对关系来测定大地表观电导率 rG>Il引,大地表观电导率是许多土壤性状的间接表征,如土壤质地、盐分质量分数、水分含量、阳离子交换最等；在盐渍化地区,大地表观电导率主要与土壤盐分质量分数有关,其奉献率不低于60113l ,而且相关性会随盐渍化程度增强而变大,所以,在干旱易盐区采纳电磁感应技术测量土壤盐分是一种切实可行的方法；电磁感应式 TZS-EC-I 型的电导仪 <土壤盐分测定仪）两种测量模式,不同模式下测量土体深度不同；一般来说,EM38水平模式测量深度可达 07510 m,而垂直模式测量深度相对较深,可达1520“ 12l ；EM31的水平和垂直模式测量深度分别约为 30 m 和 60 m；当 EM38和 EM31与数据采集器、 GPS连接构建移动式电磁感应调查系绀6；,就可以同时采集地理位置和大地表观电导率信息,进行大地表观电导率快速测量,经解译即可获得土壤盐分质量分数 12J,从而有效提高盐渍化诊断的效率和精度；在争论区域,随机选取27 个校准点,采集010 cm 表层土壤样品,并同时测定 EM38和 EM31不同模式下大地表观电导率；土壤样品带回试验室自然风名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用干,在试验室测定其盐分质量分数1141；建立土壤样品盐分质量分数和大地表观电导率回来方程,用于移动式电磁感应调查的盐分解译；移动式电磁感应调 查虽然能猎取人量的数据,但究竟是各个调查点的属性反应,而并非对争论区 域的面卜整体反应,为了猜测未知点的盐分含量,需要引入地统计学的相关知 识,对争论区域的盐分含量进行空间分析；本争论基于大地表观电导率对七壤 盐分进行解译,一方面可以先利用大地表观电导率解译土壤盐分质量分数,然 后应用地统计学学问争论土壤盐分空间异质性；另一方面也可以对不同表观电 导率进行空间异质性争论,然后利用解译模型通过栅格运算猎取盐分空间异质 性分布；本文对两种方法分别加以探讨应用,在争论区域随机采集了 24 个点的表层样品并测定盐分质量分数用于2 种方法的比较及精度检验；1.3 电导仪 <土壤盐分测定仪）简介 土壤盐分测定仪也可以称之为土壤盐分速测仪；仪器由托普仪器研发生产 制造,主要型号是 TZS-EC-I；我们知道,水中含盐量愈大,水的导电性能愈 强；故依据电导率的大小,可以推算水中矿化度的大小；因此土壤盐分测定仪 有时也被称之为电导仪！功能特点：1、体积小巧美观便于携带,轻触式按键,大屏幕点阵式液晶显示,全中文菜 单操作；名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用2、一键式切换,可以手动记录 并储备数据；, 也可脱离电脑随时设置采样间隔,自动记录3、手动模式：工作方式为按一次存一次,既可以记录当时按下去的时间及各 种环境参数,也可以随时在自动模式与手动模式之间切换,可随时停止,可以 将数据连接到运算机,软件会自动生成曲线图形,可打印；4、自动模式：先设定好间隔时间,仪器可依据设定好的间隔时间自动记录数 据；可以将数据连接到运算机,软件会自动生成曲线图形,可打印；5、可连接电脑,进行数据上传,处理,备份；6、交直流两用,即可拿到野外随时随地采集数据,也可长时间放置记录地点 进行采集；7、数据储存功能强大,最大可储存 120000 条数据；8、断电后已储存在主机里的数据不丢失9、运算机软件具有强大的数据处理功能<统计、分析、显示、查询）,可把采集数据形成曲线图,直观显示；也可对采集的数据储备为 EXCEL电子表格文件,便利用户储存和处理数据,或绘制棒图、饼图、打印等,软件永久免费升级10、探头具有一样性,不同参数探头插口可互换,不影响精度；11、仪器具有 32 通道同步检测容量,可在容量范畴内,探头数量不限；12、可按需要自行组合参数,每个传感器的采样间隔时间可单独设定；名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用技术参数：1、大屏幕中文液晶显示,传感器可直接埋入土壤中 2、测量范畴： 0.00 19.99ms/cm 3、温度范畴： -5 50；工作环境温度： -5 504、测量精度： EC± 2满刻度；温度±0.5 5、辨论率： 0.01ms/cm 6、温度补偿： 0507、电源： 5 号 5 节电池,电源适配器2 结果与分析 21 土壤盐分质量分数的电磁感应解译模型在争论区域,随机匀称布设27 个校准点,采集010 cm 表层土壤样品,测定 EM38和 EM3l 不同模式下大地表观电导率,并同时测定表层土壤温度；实验窒测定土壤样晶盐分质量分数rs> ,分析样品盐分质量分数与表观电导率及土壤温度的相关性,用逐步回来法进行回来分析,建立土壤盐分质量分数的电名师归纳总结 磁感应解译模型；以EM38和 EM31水平与垂直模式观电导率及土壤温度为自变第 5 页,共 12 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用量,建立土壤盐分质量分数解译模型；Ts=2 030+0 076x 日 38 0 006xV38-0 037× H31+0 024xV310140xT 尺=0957,n=27>1> 式中,西为 O10 cm 表层土壤盐分质量分数,gkg： - 38 I'38 为 mSm；- 3l 、乃 l 为 EM31 EM38水平模式、垂直模式下大地表观电导率,水平模式、垂直模式下大地表观电导率,mS m： T 为 O 10 cm 土壤温度,；以 EM38和 EM31水平、垂直模式表观电导率为自变量,建立土壤盐分 质量分数解译模型以 EM38和 EM3l 水平模式表观电导率及土壤温度为自变量,建立土壤盐分 质量分数解译模型对比不同解译模型,发觉以EM38和 EM31水平、垂直模式表观电导率及土壤温度为自变晕建立的解译方程相关系数最高,但由于构建移动式电磁感 应调查系统时, EM38、EM3l 每次测量只能获得垂直或水平模式下的一个代表剖面电导率特点的土壤表观电导率数据pJ；以 EM38和 EM3 l 水平模式表观电导率为自变量建立的解译方程相关系数虽然不及以 EM38和 EM3l 水平垂直模式表观电导率及土壤温度为自变鼍建立的解译方程,但仍具有良好的相关性,相关系数高达 0935,垂：茂模式下测定深度比水平模式深,而争论中所采集土壤样品为表层土壤,所以可以用 壤盐分质量分数；EM38和 EM31水平模式表观电导率来解译表层士22 土壤表观电导率空间异质性争论名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用构建移动式电磁感应调查系统,对争论区域进行磁感调查,测定 EM38和 EM31水平模式大地表观电导率并同时猎取地理位置牮标,共采集数据约 2 万组 图 1>,为进行地统计分析供应了充分的数据支持；经 KS 检验发觉, H38和 H3l 经对数转换后呈正态分布,适用于地统计学空间分析,拟合半变异函数 表 1>；H38以指数模型为正确拟合模型,块金效应为 203,具有强空间自相关性,说明其空间异质性主要有结构性内在 因子 如地势、母质、土壤等 >打算； - 3l 以球状模型为正确拟合模型,块金效应为 330,具有中等空间自相关性,说明空间异质性主要有结构性内 在 因 子 和 随 机 性 外 在 因 子 如 耕 作 、 施 肥 等 >共 同 决 定 【 l 516】 ； 在 Arcgis9 2 的地统计模块中,分别应用已拟合好的半变异函数进行空间猜测生 成空间分布图 图 2>；可以看出, H38 和 - 31 数值较高的区域分布位置相名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用近,空间分布具有良好的一样性,H38和 H3l 数据相关性良好；名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用23 土壤盐分空间异质性争论依据已建立的解译模型,以H38 和 t31 作为自变量探讨利用2 种不同方法争论土壤盐分空间异质性：一种是依据r 十壤盐分的电磁感应解译模型 式4>>,以仍 l 和 H38为自变量解译全部磁感式调查点的土壤盐分,并拟合最 优半变异函数 见表 1>,然后应用地统计学相关学问争论土壤盐分的空间异质性 图 3a>；另一种是先争论H3l 和 H38的空间异质性,猎取其空间分布图,根据电磁感应解译模型 式4>>进行栅格运算 RasterCalculator>,对土壤盐分的空间异质性进行争论 图 3b>；名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用24 精度检验由图 3a、b 可以看出, 2 种方法运算出的土壤盐分空间分布具有良好的一样性,但存在肯定的不同；在争论区域随机匀称布设 表层土壤样品,试验测定其盐分质量分数,同时分别提取24 个检验样点,采集 24 个检验样点在两种不同方法猎取的土壤盐分空间分布图中的土壤盐分值,对比分析两种方法的预 测精度；利用解译出的土壤盐分质量分数进行地统计分析争论区域盐分空间异名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用质性的方法,检验样点实测土壤盐分质量分数 y> 与猜测盐分质量分数 z> 之间 具有如下关系利用区域表观电导率空间分布经栅格运算运算土壤盐分空间异质性的方法,样点实测土壤盐分质量分数y> 与猜测盐分质量分数x> 之间具有如下关系对比两种方法,前一方法猜测的土壤盐分空间分布的精度相对较高：实际值与猜测值之间相关性优于后者 打算系数癣： 0888>0873>,而且其标准差也比后者小 o 414<0426>；究其缘由,作者认为主要由以下几方面：前 者经过一次回来运算和一次地统计分析,而后者经过两次地统计分析和一次根 据回来方程进行的栅格运算,增加运算次数,无意间增加了误差的累积,从而 导致后者精度不及前者；从拟合的半变异函数来看,大地表观电导率拟合的半 变 异 函 数 精 度 不 及 解 译 出 的 土 壤 盐 分 含 量 拟 合 的 半 变 异 函 数 0 921<0940<0949>,而且大地表观电导率的空间自相关性比解译出土壤盐分含量空间自相关性弱 块金效应较大 >；利用栅格运算之前需对空间分布图进行栅格化,栅格化会使原数据产生肯定程度的变化,这也是造成后者精度不 及前者的一个重要缘由；3 结论与争论 基于电磁感应测定的大地表观电导率与土壤盐分质量分数之间具有良 好的相关性 月=o935>；大地表观电导率町以作为十壤盐分的间接表征,建立 土壤盐分的电磁感应解译模型精度良好；本文探讨了由大地表观电导率争论区 域土壤盐分空间分布的两种方法,发觉由大地表观电导率解译成土壤盐分然后分析空间分布的方法实测值与猜测值之间的相关性更好R2：0888>0873>；标准差较低 O414<0426>,精度相对较高；其拟合半变异函数及空间自相关 性皆优于其次种方法,而且没有增加栅格化过程及运算次数,这在以后的争论 中是值得借鉴的；名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用在西北干旱易盐区,盐分表聚现象严峻,大地表观电导率主要与土壤 盐分有关,而且其相关性会随盐渍化程度增强而变大,所以在干旱易盐区采纳 电磁感应技术测量土壤盐分是一种切实可行的方法,特别是对于解译表层土壤 盐分质量分数成效更好；对于其他深度土层,土壤盐分的电磁感应解译模型可 由同样方法获得,在此不再赘述；磁感式大地电导率测定由于其无需电极插入、测量速度快,数据猎取 量大在争论干旱区土壤盐分空间异质性中具有广泛应用前景；在电磁感应调查 基础上结合地统计学等空间分析相关学问可以对调查区域土壤盐分空间分布进 行猜测争论,并具有较高的猜测精度,这对指导当地农业生产实践,促进精准 农业进展具有重要意义；名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 12 页