[发明专利]一种三维土壤田间持水量预测方法及系统

说明书

本发明公开一种三维土壤田间持水量预测方法及系统。该方法包括：获取多个采样点的土壤样本和多个环境数据；根据各采样点的土壤样本，确定多个土壤田间持水量；根据各土壤田间持水量，建立土壤田间持水量深度分布函数模型；根据土壤田间持水量深度分布函数模型，确定采样点的土壤田间持水量深度分布函数模型参数；根据采样点的土壤田间持水量深度分布函数模型参数和环境数据，预测非采样点的土壤田间持水量深度分布函数模型参数；根据非采样点的土壤田间持水量深度分布函数模型参数和土壤田间持水量深度分布函数模型，确定非采样点土壤田间持水量预测值。本发明能够提高土壤田间持水量预测的精确度和真实性。

技术领域

本发明涉及土壤田间持水量预测领域，特别是涉及一种三维土壤田间持水量预测方法及系统。

背景技术

土壤属性深度分布模拟的关键在于深度分布函数是否可以准确的描述土壤属性的深度分布特征(Jobbágy and Jackson，2001)。而深度分布函数对土壤属性的深度分布特征通常是通过两个方面进行表征：模拟的精度和结果的真实性。深度函数的模拟精度是指模型的模拟值与土壤属性值之间的数值吻合程度；而结果的真实性则是指深度函数所模拟的土壤属性所表现的随深度的变化特征与实际的吻合程度(Kempen et al，2011)。因此，兼顾准确性和真实性的深度分布函数是表征土壤属性随深度分布特征的基础。

针对土壤属性深度分布特征的研究，前人已经进行了大量的研究工作并建立了不同的深度分布函数(Meersmans et al，2009；Mendonca-Santos，2014；Wang et al，2016)。目前，学者关于数字土壤制图三维尺度的研究主要集中在土壤有机碳中，缺乏对田间持水量三维制图方面的研究。土壤田间持水量是指土壤中所能保持的土壤悬着水的最大量，也是对作物有效的最大土壤含水量，被认为是一个常数。因此，土壤田间持水量三维制图研究的一个重要应用是可以用于灌溉，确定灌溉上限和计算灌水定额。前人对土壤田间持水量的研究已经取得了一些进展，估算的方法多为基于土壤转换函数方法，利用较容易测定的土壤属性(颗粒含量、有机质和容重等)来对土壤的田间持水量进行预测，当拓展到制图上，这种方法往往并不是很适用。往往需要研究人员将转换函数所涉及土壤属性进行空间预测以得到土壤属性的空间数据集，并在此基础上利用转换函数进行空间预测。此外，由于区域内各个土壤属性的预测过程中存在各种不确定性，这种方法可能将会导致预测的不确定性增加。为了达到制图的目的，另一种基于土壤类型和景观类型的多边形方法也被科研人员所提出，然而这种方法通常对数据的要求较高(完备的土壤数据库等)。并且这种方法的最大问题是并不能描述区域内土壤属性的空间变异情况。为了解决这一科学问题，一些研究人员提出了基于栅格数据集的土壤田间持水量的空间预测方法(Hong et al，2013；Gooleyet al，2014；Padarian et al，2014；Tidwell et al，2014)。因此，基于三维连续空间分布的土壤田间持水量的研究具有重要的意义及应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种三维土壤田间持水量预测方法及系统，能够提高土壤田间持水量预测的精确度和真实性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种三维土壤田间持水量预测方法，包括：

获取多个采样点的土壤样本和多个环境数据；

根据各所述采样点的土壤样本，确定多个土壤田间持水量；

根据各所述土壤田间持水量，建立土壤田间持水量深度分布函数模型；

根据所述土壤田间持水量深度分布函数模型，确定采样点的土壤田间持水量深度分布函数模型参数；

根据所述采样点的土壤田间持水量深度分布函数模型参数和所述环境数据，预测非采样点的土壤田间持水量深度分布函数模型参数；