土壤水力參數(shù)，如田間持水量（FC）和永久萎蔫點(diǎn)（PWP），在灌溉管理、干旱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和土地利用規(guī)劃等方面發(fā)揮著重要作用。這些水力特性是動(dòng)態(tài)的，隨土壤類(lèi)型、作物類(lèi)型和生長(zhǎng)季而變化。傳統(tǒng)方法估算大尺度水力特性費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而土壤傳遞函數(shù)（PTF）作為一種替代方法，已被用于使用易測(cè)量的土壤特性（如土壤粒級(jí)、有機(jī)碳和容重）來(lái)估計(jì)土壤水力特性。這些預(yù)測(cè)參數(shù)在很大程度上受各種內(nèi)在土壤特性如土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、有機(jī)質(zhì)、容重和孔隙度的影響。隨著光譜技術(shù)的不斷發(fā)展，因其快速、低成本和無(wú)損測(cè)量，許多研究者已經(jīng)利用可見(jiàn)近紅外（Vis-NIR）光譜預(yù)測(cè)了土壤特性，而使用光譜數(shù)據(jù)繪制印度土壤類(lèi)型水力特性的研究非常有限。
基于此，在本研究中，一組研究團(tuán)隊(duì)在印度卡納塔克邦高原北部地區(qū)收集了558個(gè)土壤樣本，在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)量了其FC， PWP和土壤含水量，并利用ASD FieldSpec光譜儀測(cè)量土壤光譜反射率。通過(guò)支持向量機(jī)、隨機(jī)森林和偏最小二乘回歸三個(gè)模型預(yù)測(cè)FC和PWP。其中，2/3的數(shù)據(jù)集用于校準(zhǔn)（368個(gè)樣品），1/3的數(shù)據(jù)集用于驗(yàn)證（190個(gè)樣品）。本研究目標(biāo)為通過(guò)不同統(tǒng)計(jì)技術(shù)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室Vis-NIR光譜數(shù)據(jù)估算水力參數(shù)的有用性。
研究區(qū)域圖
【結(jié)果】
卡納塔克邦高原北部土壤光譜反射率分布（平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差）（N = 558）。
FC和PWP預(yù)測(cè)模型的性能（50 次迭代）
驗(yàn)證集FC和PWP預(yù)測(cè)值和觀測(cè)值散點(diǎn)圖（RF方法）（變性土-綠點(diǎn)，淋溶土-紅點(diǎn)，弱育土-藍(lán)點(diǎn)，新成土-黃點(diǎn)）。傳統(tǒng)PTF方法預(yù)測(cè)驗(yàn)證集FC和PWP含水量的性能。
【結(jié)論】
驗(yàn)證結(jié)果表明，與PLSR模型相比，RF和SVM性能較好。與田間持水量（R2=0.66-0.69和RMSE=7.25-7.51%）相比，永久萎蔫點(diǎn)預(yù)測(cè)良好（R2=0.70-0.74，RMSE=5.44-5.74%）。在土綱中，Vis-NIR光譜（R2=0.34&0.42）對(duì)變性土FC和PWP的預(yù)測(cè)不佳，對(duì)淋溶土（0.44&0.52）和弱育土（0.55&0.65）的預(yù)測(cè)結(jié)果一般，而對(duì)新成土（0.83&0.76）預(yù)測(cè)結(jié)果較好?？傮w而言，結(jié)果與傳統(tǒng)PTF方法相當(dāng)。目前結(jié)果表明，可見(jiàn)近紅外光譜有助于快速準(zhǔn)確地估計(jì)該國(guó)半干旱地區(qū)的水力特性。
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