基于交叉验证的农田土壤饱和导水率传递函数研究

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1、2014年10月农业机械学报第45卷第10期doi:10．6041/j．issn．1000-1298．2014．10．023*基于交叉验证的农田土壤饱和导水率传递函数研究1121孙美张晓琳冯绍元霍再林(1．中国农业大学水利与土木工程学院，北京100083;2．扬州大学水利科学与工程学院，扬州225009)摘要:基于北京大兴区农田土壤剖面采样数据，采用多元回归及多折交叉验证方法，建立并验证以不同土壤质地、有机质含量为自变量的农田土壤饱和导水率(Ks)土壤传递函数(PTF)，对比了其他3种现有的Ks土壤传递函数预测结果，并对0～80cm农田土壤Ks进行预测。结果表明:以土壤粉粒质量分数、粘粒质量分

2、数、有机质质量比的组合项及常数项为自变量建立的多元回归方程，对所采剖面样本0～100cm内土壤饱和导水率预测的均方根误差为40.525cm/d，平均相对误差为204.738%，决定系数为0.544，相关系数为0.742，均好于其他3种预测结果。大兴区域农田土壤Ks表层变化范围较大，北部及西南部永定河一带Ks较小。所建立的PTF模型对采育镇60～80cm深度处的粘壤土夹层也有较好表征，可以用作大兴区域土壤饱和导水率的评估。关键词:农田土壤饱和导水率土壤传递函数多元回归多折交叉验证中图分类号:S152.3;S152.7文献标识码:A文章编号:1000-1298(2014)10-0147-06［15

3、］的区域尺度预测。王相平建立了北京通州地区引言［14］土壤水分特征参数PTFs模型，与Li等建立的土壤水分运动是影响田间作物生长和地下水环PTFs模型对比发现，通州地区模型对饱和导水率Ks［14］［16］境的重要影响因子，是农田水肥管理、区域水文循环的预测结果优于Li等建立的模型。李晓鹏等及水资源转换等研究的基础。土壤饱和导水率研究认为，土壤传递函数与同一地区试验数据统计(Ks)反映了不同环境条件对土壤水分入渗性能的资料的土壤适用性较高。正是由于PTFs本身具有影响，是描述土壤水分运动的最基本的量化参数之较强的地域性，使得土壤传递函数在不同地区上的一，它与土壤质地、土壤容积密度、土壤有机质等土

4、应用适用性具有局限性。北京市大兴区是华北地区壤基本物理性质有着密切关系。大部分模拟土壤水较典型的集约化农业种植区，为北京重要的农副产分、溶质运移的农业系统模型均需要输入较精确的品生产供应基地。大兴区土壤饱和导水率的分布特Ks值。由于传统方法对大面积直接测量获取土壤饱征直接关系到区域水肥利用效率及农作物生产等研和导水率存在困难，因而根据土壤基本物理性质参究，从而影响农业面源污染负荷及地下水安全等问数建立估计预测饱和导水率的传递函数(Pedo-题。为更好地了解大兴区域土壤渗透性情况，本文transferfunction，PTF)的间接方法研究一直备受关通过分析北京市大兴区土壤质地、有机质含量的实注

5、。多元回归法是建立土壤饱和导水率传递函数的测数据，采用多元回归方法建立大兴区农田土壤饱简单且运用最广的方法，其他建立PTF的方法还有和导水率Ks传递函数模型，并通过与多折交叉验证［1－3］人工神经网络法(ANN)、数据分类分组方方法相结合，在模型建立同时对模型进行验证，以优［4］［5－6］法、分类与回归树法等。国内外学者们分别化建立模型的参数，提高模型精度及稳定性，同时与［2，7－8］［9］针对不同地区、不同土壤质地(如砂土、壤文献［15］、文献［14］、文献［17］3种方法进行比较，［10］［11－12］土和粘土等)或不同土壤类型(如稻田土、探讨PTF在研究区土壤饱和导水率预测的适应性。［1

6、3］热带土等)建立了土壤饱和导水率PTFs。通过1材料与方法对土壤剖面的土壤水分特征曲线及土壤饱和导水率［14］样本进行多元回归分析，Li等建立了封丘地区土1.1研究区概况2壤水分特征参数PTFs模型，并用于玉米、小麦产量试验区在北京市大兴区，全区总面积为1036km，收稿日期:2013-11-26修回日期:2013-12-23*公益性行业(农业)科研专项经费资助项目(201203077)作者简介:孙美，博士生，主要从事农田水循环研究，E-mail:sunmei-0451@163．com通讯作者:霍再林，副教授，主要从事农田水循环与水土环境、作物水盐响应及高效用水研究，E-mail:huozl

7、@cau．edu．cn148农业机械学报2014年地势自西向东南缓倾，海拔13.4～52.0m之间，东与土壤饱和导水率Ks之间的相关关系，确定传递函经116°13'～116°43'，北纬39°26'～39°51'，属暖温数中的输入变量X(x1，x2，…，xn)。采用多元回归带半湿润大陆季风气候，年平均气温为11.6℃，年方法建立Ks与X之间的回归模型，为使最终获得的平均降水量556.4mm。全区土