基于交叉驗(yàn)證的農(nóng)田土壤飽和導(dǎo)水率傳遞函數(shù)研究

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1、2014年10月農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)第45卷第10期doi:10．6041/j．issn．1000-1298．2014．10．023*基于交叉驗(yàn)證的農(nóng)田土壤飽和導(dǎo)水率傳遞函數(shù)研究1121孫美張曉琳馮紹元霍再林(1．中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，北京100083;2．揚(yáng)州大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，揚(yáng)州225009)摘要:基于北京大興區(qū)農(nóng)田土壤剖面采樣數(shù)據(jù)，采用多元回歸及多折交叉驗(yàn)證方法，建立并驗(yàn)證以不同土壤質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)含量為自變量的農(nóng)田土壤飽和導(dǎo)水率(Ks)土壤傳遞函數(shù)(PTF)，對比了其他3種現(xiàn)有的Ks土壤傳遞函數(shù)預(yù)測結(jié)果，并對0～80cm農(nóng)田土壤Ks進(jìn)行預(yù)測。結(jié)果表明:以土壤粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)、粘粒質(zhì)量分

2、數(shù)、有機(jī)質(zhì)質(zhì)量比的組合項(xiàng)及常數(shù)項(xiàng)為自變量建立的多元回歸方程，對所采剖面樣本0～100cm內(nèi)土壤飽和導(dǎo)水率預(yù)測的均方根誤差為40.525cm/d，平均相對誤差為204.738%，決定系數(shù)為0.544，相關(guān)系數(shù)為0.742，均好于其他3種預(yù)測結(jié)果。大興區(qū)域農(nóng)田土壤Ks表層變化范圍較大，北部及西南部永定河一帶Ks較小。所建立的PTF模型對采育鎮(zhèn)60～80cm深度處的粘壤土夾層也有較好表征，可以用作大興區(qū)域土壤飽和導(dǎo)水率的評估。關(guān)鍵詞:農(nóng)田土壤飽和導(dǎo)水率土壤傳遞函數(shù)多元回歸多折交叉驗(yàn)證中圖分類號:S152.3;S152.7文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1000-1298(2014)10-0147-06［15

3、］的區(qū)域尺度預(yù)測。王相平建立了北京通州地區(qū)引言［14］土壤水分特征參數(shù)PTFs模型，與Li等建立的土壤水分運(yùn)動是影響田間作物生長和地下水環(huán)PTFs模型對比發(fā)現(xiàn)，通州地區(qū)模型對飽和導(dǎo)水率Ks［14］［16］境的重要影響因子，是農(nóng)田水肥管理、區(qū)域水文循環(huán)的預(yù)測結(jié)果優(yōu)于Li等建立的模型。李曉鵬等及水資源轉(zhuǎn)換等研究的基礎(chǔ)。土壤飽和導(dǎo)水率研究認(rèn)為，土壤傳遞函數(shù)與同一地區(qū)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)(Ks)反映了不同環(huán)境條件對土壤水分入滲性能的資料的土壤適用性較高。正是由于PTFs本身具有影響，是描述土壤水分運(yùn)動的最基本的量化參數(shù)之較強(qiáng)的地域性，使得土壤傳遞函數(shù)在不同地區(qū)上的一，它與土壤質(zhì)地、土壤容積密度、土壤有機(jī)質(zhì)等土

4、應(yīng)用適用性具有局限性。北京市大興區(qū)是華北地區(qū)壤基本物理性質(zhì)有著密切關(guān)系。大部分模擬土壤水較典型的集約化農(nóng)業(yè)種植區(qū)，為北京重要的農(nóng)副產(chǎn)分、溶質(zhì)運(yùn)移的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型均需要輸入較精確的品生產(chǎn)供應(yīng)基地。大興區(qū)土壤飽和導(dǎo)水率的分布特Ks值。由于傳統(tǒng)方法對大面積直接測量獲取土壤飽征直接關(guān)系到區(qū)域水肥利用效率及農(nóng)作物生產(chǎn)等研和導(dǎo)水率存在困難，因而根據(jù)土壤基本物理性質(zhì)參究，從而影響農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷及地下水安全等問數(shù)建立估計(jì)預(yù)測飽和導(dǎo)水率的傳遞函數(shù)(Pedo-題。為更好地了解大興區(qū)域土壤滲透性情況，本文transferfunction，PTF)的間接方法研究一直備受關(guān)通過分析北京市大興區(qū)土壤質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)含量的實(shí)注

5、。多元回歸法是建立土壤飽和導(dǎo)水率傳遞函數(shù)的測數(shù)據(jù)，采用多元回歸方法建立大興區(qū)農(nóng)田土壤飽簡單且運(yùn)用最廣的方法，其他建立PTF的方法還有和導(dǎo)水率Ks傳遞函數(shù)模型，并通過與多折交叉驗(yàn)證［1－3］人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法(ANN)、數(shù)據(jù)分類分組方方法相結(jié)合，在模型建立同時(shí)對模型進(jìn)行驗(yàn)證，以優(yōu)［4］［5－6］法、分類與回歸樹法等。國內(nèi)外學(xué)者們分別化建立模型的參數(shù)，提高模型精度及穩(wěn)定性，同時(shí)與［2，7－8］［9］針對不同地區(qū)、不同土壤質(zhì)地(如砂土、壤文獻(xiàn)［15］、文獻(xiàn)［14］、文獻(xiàn)［17］3種方法進(jìn)行比較，［10］［11－12］土和粘土等)或不同土壤類型(如稻田土、探討PTF在研究區(qū)土壤飽和導(dǎo)水率預(yù)測的適應(yīng)性。［1

6、3］熱帶土等)建立了土壤飽和導(dǎo)水率PTFs。通過1材料與方法對土壤剖面的土壤水分特征曲線及土壤飽和導(dǎo)水率［14］樣本進(jìn)行多元回歸分析，Li等建立了封丘地區(qū)土1.1研究區(qū)概況2壤水分特征參數(shù)PTFs模型，并用于玉米、小麥產(chǎn)量試驗(yàn)區(qū)在北京市大興區(qū)，全區(qū)總面積為1036km，收稿日期:2013-11-26修回日期:2013-12-23*公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助項(xiàng)目(201203077)作者簡介:孫美，博士生，主要從事農(nóng)田水循環(huán)研究，E-mail:sunmei-0451@163．com通訊作者:霍再林，副教授，主要從事農(nóng)田水循環(huán)與水土環(huán)境、作物水鹽響應(yīng)及高效用水研究，E-mail:huozl

7、@cau．edu．cn148農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)2014年地勢自西向東南緩傾，海拔13.4～52.0m之間，東與土壤飽和導(dǎo)水率Ks之間的相關(guān)關(guān)系，確定傳遞函經(jīng)116°13'～116°43'，北緯39°26'～39°51'，屬暖溫?cái)?shù)中的輸入變量X(x1，x2，…，xn)。采用多元回歸帶半濕潤大陸季風(fēng)氣候，年平均氣溫為11.6℃，年方法建立Ks與X之間的回歸模型，為使最終獲得的平均降水量556.4mm。全區(qū)土