Педотрансферная функция

В почвоведении функции педопереноса ( PTF ) представляют собой функции прогнозирования определенных свойств почвы с использованием данных почвенных исследований .

Термин педотрансферная функция был введен Йоханом Боумой. ^[1] как перевод данных, которые у нас есть, в то, что нам нужно . Наиболее доступные данные получены при обследовании почвы , такие как морфология поля, текстура почвы , структура и pH. Функции педопереноса повышают ценность этой базовой информации, переводя ее в оценки других, более трудоемких и дорогостоящих определений свойств почвы. Эти функции заполняют пробел между имеющимися данными о почве и свойствами, которые более полезны или необходимы для конкретной модели или оценки качества. Функции педопереноса используют различные методы регрессионного анализа и интеллектуального анализа данных для извлечения правил, связывающих основные свойства почвы с более трудными для измерения свойствами.

Хотя концепция педопереносной функции официально не была признана и названа до 1989 года, она уже давно применяется для оценки свойств почвы, которые трудно определить. Многие агентства по почвоведению имеют свои собственные (неофициальные) практические правила оценки трудноизмеримых свойств почвы. Вероятно, из-за особой сложности, стоимости измерений и наличия больших баз данных, наиболее полные исследования по разработке PTF были направлены на оценку кривой водоудержания и гидравлической проводимости .

История

Первый PTF появился в результате исследования Лаймана Бриггса и Маклейна (1907). Они определили коэффициент увядания, который определяется как процентное содержание воды в почве , когда растения, растущие в этой почве, сначала доводятся до увядшего состояния, из которого они не могут восстановиться в приблизительно насыщенной атмосфере без добавления воды в почву, поскольку функция размера частиц :

Коэффициент увядания = 0,01 песок + 0,12 ил + 0,57 глина.

С введением Франком Веймайером и Артуром Хендриксеном (1927) концепций полевой емкости (FC) и постоянной точки увядания (PWP) исследования в период 1950-1980 годов пытались соотнести распределение частиц по размерам, объемную плотность и содержание органических веществ с содержание воды при полевой емкости (FC), постоянной точке увядания (PWP) и доступной емкости воды (AWC).

В 1960-е годы оценке FC, PWP и AWC посвящены различные статьи, особенно в серии статей Солтера и Уильямса (1965 и др.). Они исследовали взаимосвязь между классами текстуры и доступной емкостью воды, которые теперь известны как PTF классов. Они также разработали функции, связывающие распределение частиц по размерам с AWC, теперь известные как непрерывные PTF. Они утверждали, что их функции могут предсказывать AWC со средней точностью 16%.

В 1970-е годы были разработаны более комплексные исследования с использованием больших баз данных. Особенно хорошим примером является исследование Hall et al. (1977) из почвы Англии и Уэльса; они установили полевой потенциал, постоянную точку увядания, доступное содержание воды и воздухоемкость в зависимости от класса текстуры, а также вывели непрерывные функции, оценивающие эти почвенно-водные свойства. В США Гупта и Ларсон (1979) разработали 12 функций, связывающих гранулометрический состав и содержание органических веществ с содержанием воды при потенциалах от -4 кПа до -1500 кПа.

С бурным развитием моделей, описывающих гидравлические свойства почвы, а также компьютерного моделирования транспорта почвенной воды и растворенных веществ, потребность в гидравлических свойствах в качестве входных данных для этих моделей стала более очевидной. Клапп и Хорнбергер (1978) получили средние значения параметров степенной кривой водоудержания , сорбционной способности и насыщенной гидравлической проводимости для различных классов текстуры . Вероятно, в первом исследовании такого рода Блумен (1977) вывел эмпирические уравнения, связывающие параметры гидравлической модели Брукса и Кори с распределением частиц по размерам.

Юрген Лампа и Кнайб (1981) из Германии ввели термин педофункция, а Баума и ван Ланен (1986) использовали термин передаточная функция. Чтобы избежать путаницы с термином передаточная функция, используемым в физике почв и во многих других дисциплинах, Йохан Боума (1989) позже назвал ее педопереносной функцией . (Личный анекдот намекает на то, что этот термин предложил Арнольд Брегт из Вагенингенского университета).

С тех пор разработка гидравлических ПТФ стала бурно обсуждаемой темой исследований сначала в США и Европе, Южной Америке, Австралии и во всем мире.

Хотя большинство PTF были разработаны для прогнозирования гидравлических свойств почвы, они не ограничиваются гидравлическими свойствами. Также разработаны ПТФ для оценки физических, механических, химических и биологических свойств почв.

Программное обеспечение

Существует несколько доступных программ, помогающих определять гидравлические свойства грунтов с использованием функций педопереноса, среди них:

SOILPAR – Акутис и Донателли ^[2]
РОЗЕТТА – Шаап и др. ^[3] Министерства сельского хозяйства США использует искусственные нейронные сети

Системы вывода почвы

МакБрэтни и др. (2002) представили концепцию системы вывода о почве SINFERS, где функции педопереноса являются правилами знаний для механизмов вывода о почве. Система вывода почвы проводит измерения с заданным уровнем достоверности (источник) и посредством логически связанных педотрансферных функций (организатор) выводит неизвестные данные с минимальной погрешностью (предиктор). ^[4]

См. также

Ссылки

^ Баума, Дж. (1989). «Использование данных почвенного обследования для количественной оценки земель». Достижения почвоведения . Том. 9. стр. 177–213. дои : 10.1007/978-1-4612-3532-3_4 . ISBN 978-1-4612-8144-3 .
^ Акутис М. и Донателли М. (2003). «SOILPAR 2.00: программное обеспечение для оценки гидрологических параметров и функций почвы». Европейский журнал агрономии . 18 (3–4): 373–377. дои : 10.1016/S1161-0301(02)00128-4 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Шаап, М.Г., Лей, Ф.Дж. и ван Генухтен, М.Т. (2001). « rosetta : компьютерная программа для оценки гидравлических параметров почвы с помощью иерархических функций педопереноса» . Журнал гидрологии . 251 (3): 163–176. дои : 10.1016/S0022-1694(01)00466-8 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Минасны, Будиман (2007). «Прогнозирование свойств почвы». Журнал почвоведения и экологии . 7 (1): 54–67.

[1] Баума, Дж. (1989). «Использование данных почвенного обследования для количественной оценки земель». Достижения почвоведения . Том. 9. стр. 177–213. дои : 10.1007/978-1-4612-3532-3_4 . ISBN 978-1-4612-8144-3 .

[2] Акутис М. и Донателли М. (2003). «SOILPAR 2.00: программное обеспечение для оценки гидрологических параметров и функций почвы». Европейский журнал агрономии . 18 (3–4): 373–377. дои : 10.1016/S1161-0301(02)00128-4 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[3] Шаап, М.Г., Лей, Ф.Дж. и ван Генухтен, М.Т. (2001). « rosetta : компьютерная программа для оценки гидравлических параметров почвы с помощью иерархических функций педопереноса» . Журнал гидрологии . 251 (3): 163–176. дои : 10.1016/S0022-1694(01)00466-8 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[4] Минасны, Будиман (2007). «Прогнозирование свойств почвы». Журнал почвоведения и экологии . 7 (1): 54–67.

[1]

[2]

[3]

[4]