电磁感应式土壤盐分信息精确解译模式研究

来源 :中国科学院南京土壤研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wjmwjm009
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电磁感应式土壤性质快速测定评估技术应用电磁感应工作原理。对土壤盐分信息进行解译是该技术的当前最主要研究应用热点。针对已有研究成果的土壤盐分信息解译精度不足的现状,本研究的核心内容是创建磁感式土壤盐分信息精确解译模式。应用EM-31(ElectroMagnetic,EM)和EM-38两种磁感式大地电导率测定仪,以黄河三角洲典型盐渍土区为研究区域,通过田间调查采样分析,室内开展数据分析以及数值模拟与建模,综合应用经典统计、通径分析、地理统计等数值分析方法,运用电磁感应式土壤剖面/空间动态信息采集技术、数值建模、GIS信息处理等技术,确立电磁感应式土壤盐分信息校正参数体系,明确各影响因子对磁感式表观土壤电导率(EM测值)的作用机制,建立磁感式土壤盐分信息精确解译模式,并应用该模式对研究区土壤盐分状况及其季节性动态进行磁感式精确评估。获得主要研究成果如下:   1)完善并优化建立了EM-31和EM-38型电磁感应大地电导率仪联用、高精度GPS、数据采集器、动力牵引平台等构建的移动磁感式测定系统;根据各测定位响应土壤深度特性,各影响要素对磁感式表观土壤电导率的作用机理,优选确定了田间大面积土壤盐分测量评估适宜采用的组合测定模式为EM-38h(EM-38的水平测定位)和EM-31h(EM-31的水平测定位),两种大地电导率仪的设计距地面高度相应分别为0cm和100cm。   2)通过对磁感式调查数据以及影响因子信息的系统分析,研究获得了盐分作用因子(包括土壤盐分、土壤阳离子总量、地下水矿化度等)、非盐分作用因子(包括土壤温度、土壤水分、土壤容重、土壤粘粒含量等)以及干扰作用因子(主要为金属物、磁感式大地电导率仪距地面高度误差),对磁感式表观土壤电导率的作用机理及其关系表达。研究结果表明:土壤含盐量与表观土壤电导率值呈幂指数相关;地下水电导率/地下水矿化度、土壤阳离子总量以及土壤容重,与表观土壤电导率都为对数相关;土壤粘粒含量与表观土壤电导率指数相关。各影响因子对磁感式表观土壤电导率作用强度由高到低的排序为:土壤含盐量>土壤阳离子总量>地下水电导率>土壤温度>土壤水分含量>土壤容重>粘粒含量。   3)确立了优化数据解译模式的参数体系,创建了应用磁感式调查数据解译土壤剖面分层盐分含量的精确解译模式。运用通径分析方法,根据通径系数与各因子对方差贡献率比例,确定出各影响要素对表观土壤电导率影响的贡献率,选取出对磁感式表观土壤电导率影响较大的作用因子组合,确立为在磁感式土壤盐分信息调查解译中除扰与校正的参数体系。土壤盐分含量是影响磁感式表观土壤电导率的最主要因子,地下水电导率是仅次子土壤盐分含量的作用因子。对于0-20cm土层,解译模式的建立选取EM38-h、EM38-v、水分含量和地下水电导率指数作为自变量;20~60cm土层,以EM38-h、EM31-h、地下水电导率指数和土壤容重p作为自变量;60~100cm土层,以EM38-h、EM31-h、地下水电导率指数和粘粒含量γ作为自变量;100~160cm土层,以地下水电导率指数、EM38-h和EM31-h为自变量。应用优化的数据拟合方程形式,并采用多因子及互作项逐步回归方法对方程进行拟合。以土壤盐分含量为依变量,综合考虑多自变量并引入自变量间的互作效应建立了优化的多元复合数据解译函数,获得相应的参数值,创建了分层(0~20,20~60,60~100,100~160cm)土壤盐分精确解译模式。验证结果表明,该模式的解译误差基本在10%以内,达到了较高精度水平。   4)应用研究建立的土壤盐分信息精确解译模式对土壤盐分磁感式田间调查测量数据进行解译。根据已经确立的磁感式土壤盐分信息精确解译模式,结合电磁感应电导率(EM-38,EM-31)测值数据集对1.6m深度范围内(计四个层次,分别是0~20cm、20~60cm、60~100cm、100~160cm)的土壤剖面进行了较为精确的分层盐分含量和剖面平均含盐量解译,获得了研究区土壤盐分空间分布及季节性动态数据与成果图。研究结果表明,秋季研究区土壤盐分表聚性不显著,春季土壤盐分具有明显的表聚性,并且春季表层土壤的盐分含量明显高于秋季。研究区土壤盐分含量的区位差异非常显著,总体上呈东南部位高、西北部含盐量低的态势;土壤盐分含量的季节性变化也较为剧烈,由秋季到春季,0~20cm土层盐分含量普遍升高。
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