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ASD | ASD FieldSpec光谱仪在预测土壤水力特性上的应用

日期: 2022-11-18
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ASD | ASD FieldSpec光谱仪在预测土壤水力特性上的应用

土壤水力参数,如田间持水量(FC)和永久萎蔫点(PWP),在灌溉管理、干旱风险评估和土地利用规划等方面发挥着重要作用。这些水力特性是动态的,随土壤类型、作物类型和生长季而变化。传统方法估算大尺度水力特性费时费力,而土壤传递函数(PTF)作为一种替代方法,已被用于使用易测量的土壤特性(如土壤粒级、有机碳和容重)来估计土壤水力特性。这些预测参数在很大程度上受各种内在土壤特性如土壤质地、结构、有机质、容重和孔隙度的影响。随着光谱技术的不断发展,因其快速、低成本和无损测量,许多研究者已经利用可见近红外(Vis-NIR)光谱预测了土壤特性,而使用光谱数据绘制印度土壤类型水力特性的研究非常有限。

基于此,在本研究中,一组研究团队在印度卡纳塔克邦高原北部地区收集了558个土壤样本,在实验室中测量了其FC, PWP和土壤含水量,并利用ASD FieldSpec光谱仪测量土壤光谱反射率。通过支持向量机、随机森林和偏最小二乘回归三个模型预测FC和PWP。其中,2/3的数据集用于校准(368个样品),1/3的数据集用于验证(190个样品)。本研究目标为通过不同统计技术检验实验室Vis-NIR光谱数据估算水力参数的有用性。

ASD | ASD FieldSpec光谱仪在预测土壤水力特性上的应用

研究区域图

【结果】

ASD | ASD FieldSpec光谱仪在预测土壤水力特性上的应用

卡纳塔克邦高原北部土壤光谱反射率分布(平均值和标准偏差)(N = 558)。

ASD | ASD FieldSpec光谱仪在预测土壤水力特性上的应用

FC和PWP预测模型的性能(50 次迭代)

ASD | ASD FieldSpec光谱仪在预测土壤水力特性上的应用

验证集FC和PWP预测值和观测值散点图(RF方法)(变性土-绿点,淋溶土-红点,弱育土-蓝点,新成土-黄点)。传统PTF方法预测验证集FC和PWP含水量的性能。

【结论】

验证结果表明,与PLSR模型相比,RF和SVM性能较好。与田间持水量(R2=0.66-0.69和RMSE=7.25-7.51%)相比,永久萎蔫点预测良好(R2=0.70-0.74,RMSE=5.44-5.74%)。在土纲中,Vis-NIR光谱(R2=0.34&0.42)对变性土FC和PWP的预测不佳,对淋溶土(0.44&0.52)和弱育土(0.55&0.65)的预测结果一般,而对新成土(0.83&0.76)预测结果较好。总体而言,结果与传统PTF方法相当。目前结果表明,可见近红外光谱有助于快速准确地估计该国半干旱地区的水力特性。

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https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5NjE1ODg2NA==&mid=2650315595&idx=1&sn=701b02a1695b86e384dc992ad36ffd83&chksm=bee1b7b489963ea2e5c52de255a40f9f7898a410f52051d97f1fba115916e92ad0cd626a5d64&token=1792681127&lang=zh_CN#rd


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