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原文传递基于等温吸附曲线预测土壤粘粒含量或盐分含量的方法

专利名称：	基于等温吸附曲线预测土壤粘粒含量或盐分含量的方法
摘要：	本发明涉及一种基于等温吸附曲线预测土壤粘粒含量或盐分含量的方法，包括：在大样本中选取部分土壤样本，测量选取的土壤样品的粘粒含量和盐分含量；测量选取的土壤样本的水蒸气等温吸附曲线实测点，再拟合得到吸附曲线和解吸曲线；计算选取的土壤样本的土壤水蒸汽等温吸附曲线的几何特征面积；对土壤盐分含量、粘粒含量与等温吸附曲线的几何特征面积进行显著相关性分析，确定几何特征面积受土壤粘粒含量和盐分含量影响显著的敏感区间；建立土壤粘粒含量、盐分含量与敏感区间内几何面积之间的预测模型公式，并确定适用范围；将其余大量土壤样本通过预测模型公式得到粘粒含量或盐分含量。本发明能高效经济地预测出土壤粘粒含量或盐分含量。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	武汉大学
发明人：	曾文治;陈名媛;敖畅;伍靖伟;黄介生
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-23T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-13T00:00:00+0800
申请号：	CN201910435733.0
公开号：	CN110231452A
代理机构：	武汉科皓知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	罗敏清
分类号：	G01N33/24(2006.01);G;G01;G01N;G01N33
申请人地址：	430072 湖北省武汉市武昌区珞珈山武汉大学
主权项：	1.一种基于等温吸附曲线预测土壤粘粒含量或盐分含量的方法，其特征在于，包括如下步骤： S1：在大样本中选取部分土壤样本，用传统测量方法测量出选取的土壤样品的粘粒含量和盐分含量； S2：测量选取的土壤样本的水蒸气等温吸附曲线实测点，再通过拟合得到完整的吸附曲线和解吸曲线； S3：计算选取的土壤样本的土壤水蒸汽等温吸附曲线的几何特征面积，包括吸湿、解吸和滞后的几何特征面积； S4：采用多元回归分析方法对土壤盐分含量、粘粒含量与等温吸附曲线的几何特征面积进行显著相关性分析，确定几何特征面积受土壤粘粒含量和盐分含量影响显著的敏感区间； S5：建立土壤粘粒含量、盐分含量与敏感区间内几何面积之间的预测模型公式，并确定适用范围； S6：将需要测量粘粒含量或盐分含量的土壤样本通过上述相应的预测模型公式计算得到其的粘粒含量或盐分含量。 2.根据权利要求1所述的基于等温吸附曲线预测土壤粘粒含量或盐分含量的方法，其特征在于，选取的土壤样本来自4种盐分水平的土壤，分别是土壤饱和浸提液电导率为0～4.5dS/m的非盐渍土、土壤饱和浸提液电导率为4.5～9dS/m的轻度盐渍土、土壤饱和浸提液电导率为9～18dS/m的中度盐渍土以及土壤饱和浸提液电导率大于18dS/m的重度盐渍土，其中每种盐分水平的土壤样本均具有多个。 3.根据权利要求1所述的基于等温吸附曲线预测土壤粘粒含量或盐分含量的方法，其特征在于，在步骤S4中对土壤盐分含量、粘粒含量与等温吸附曲线的几何特征面积进行显著相关性分析时，选取多种RH步长下的吸湿、解吸和滞后的几何特征面积进行计算和分析。 4.根据权利要求2所述的基于等温吸附曲线预测土壤粘粒含量或盐分含量的方法，其特征在于，在步骤S4中对土壤盐分含量、粘粒含量与等温吸附曲线的几何特征面积进行显著相关性分析时，选取多种RH步长下的吸湿、解吸和滞后的几何特征面积进行计算和分析。 5.根据权利要求3或4所述的基于等温吸附曲线预测土壤粘粒含量或盐分含量的方法，其特征在于，RH的步长分别选取为0.02，0.1和0.9。 6.根据权利要求3所述的基于等温吸附曲线预测土壤粘粒含量或盐分含量的方法，其特征在于，步骤S4还包括：在对土壤盐分、粘粒含量与等温吸附曲线的几何特征面积进行显著相关性分析时，建立三者关系的数学表达式： A＝aEc+bCL+c 其中，EC为电导率，dS/m；CL为粘粒含量，％；A为土壤水蒸汽等温吸附曲线的吸湿、解吸和滞后的几何特征面积，包括总面积和多种RH步长区间的子面积；a、b和c为回归系数；将步骤S1中得到的所有选取的土壤样本的粘粒含量、盐分含量和步骤S3中拟合步骤S2中土壤样本的水蒸气等温吸附曲线实测点得到的吸附曲线和解吸曲线在相应的多种RH步长区间计算得到的吸湿面积、解吸面积与滞后面积分别代入上述数学表达式中，分别计算选取的所有土壤样本在各RH步长区间内的系数a，b，c的数值、拟合面积与实测点面积之间的决定系数R2，以及对系数a、b的显著性进行检验；根据系数a、b的显著性检验结果、拟合曲线面积与实测点面积之间的决定系数R2值确定出所有选取的土壤样本的几何特征面积受土壤粘粒含量或盐分含量显著影响的敏感区间，即比较所有选取的土壤样本在多种RH步长区间中的系数a、b的显著相关性以及决定系数R2值，其中，a为显著相关系数则受盐分含量影响显著，b为显著相关系数则受粘粒含量影响显著，而拟合曲线面积与实测点面积之间的决定系数R2值最大对应的区间即为所有选取的土壤样本的敏感区间。 7.根据权利要求6所述的基于等温吸附曲线预测土壤粘粒含量或盐分含量的方法，其特征在于，建立适用于所有土壤的预测模型公式，其预测模型公式为：所有土壤的敏感区间为RH＝0.83～0.85，盐分含量的预测模型公式为：Ec(p)＝-4.66×107SAa2+1.38×105SAa-44.18，其中Ec(p)为土壤预测的电导率，SAa为敏感区间的吸湿曲线面积。 8.根据权利要求4所述的基于等温吸附曲线预测土壤粘粒含量或盐分含量的方法，其特征在于，步骤S4还包括：在对土壤盐分、粘粒含量与等温吸附曲线的几何特征面积进行显著相关性分析时，建立三者关系的数学表达式： A＝aEc+bCL+c 其中，EC为电导率，dS/m；CL为粘粒含量，％；A为土壤水蒸汽等温吸附曲线的吸湿、解吸和滞后的几何特征面积，包括总面积和多种RH步长区间的子面积；a、b和c为回归系数；将步骤S1中得到的所有选取的土壤样本的粘粒含量、盐分含量和步骤S3中拟合步骤S2中土壤样本的水蒸气等温吸附曲线实测点得到的吸附曲线和解吸曲线在相应的多种RH步长区间计算得到的吸湿面积、解吸面积与滞后面积分别代入上述数学表达式中，分别计算选取的所有土壤样本在各RH步长区间内的系数a，b，c的数值、拟合面积与实测点面积之间的决定系数R2，以及对系数a、b的显著性进行检验；根据系数a、b的显著性检验结果、拟合曲线面积与实测点面积之间的决定系数R2值确定出所有选取的土壤样本的几何特征面积受土壤粘粒含量或盐分含量显著影响的敏感区间，即比较所有选取的土壤样本在多种RH步长区间中的系数a、b的显著相关性以及决定系数R2值，其中，a为显著相关系数则其受盐分含量影响显著，b为显著相关系数则其受粘粒含量影响显著，而拟合面积与实测点面积之间的决定系数R2值最大对应的区间即为所有选取的土壤样本的敏感区间；再根据上述的对选取的土壤样本进行的四种盐分水平的分类，单独计算每种盐分水平的土壤样本在各RH步长区间的系数a，b，c的数值、系数a、b的显著相关性以及拟合面积与实测点面积之间的决定系数R2值；根据系数a、b的显著相关性、拟合面积与实测点面积之间的决定系数R2确定出四种盐分水平的土壤样本的几何特征面积受土壤粘粒含量或盐分含量显著影响的敏感区间，其中，对于每种盐分水平的土壤样本，a为显著相关系数则其受盐分含量影响显著，b为显著相关系数则其受粘粒含量影响显著，而拟合面积与实测点面积之间的决定系数R2值最大对应的区间即为其敏感区间。 9.根据权利要求8所述的基于等温吸附曲线预测土壤粘粒含量或盐分含量的方法，其特征在于，建立所有土壤和四种盐分水平的土壤分别在其敏感性区间内用几何面积预测土壤粘粒含量或盐分含量的模型公式，其预测模型公式分别为：所有土壤的敏感区间为RH＝0.83～0.85，盐分含量的预测模型公式为：Ec(p)＝-4.66×107SAa2+1.38×105SAa-44.18，其中Ec(p)为土壤预测电导率，SAa为敏感区间的吸湿曲线面积；非盐渍土的敏感区间为RH＝0.85～0.87，粘粒含量预测模型公式为：CLp＝4.34×105SAd-188.83，其中为CLp为预测粘粒含量，SAd为敏感区间的解吸曲线面积；轻度盐渍土的敏感区间为RH＝0.81～0.83，粘粒含量预测模型公式为：CLp＝-3.09×105SAh+43.97，其中为CLp为预测粘粒含量，SAh为敏感区间的滞后面积；中度盐渍土的敏感区间为RH＝0.87～0.89，盐分含量预测模型公式为：Ec(p)＝9.38×104SAd-41.82，其中Ec(p)为预测电导率含量，SAd为敏感区间的解吸曲线面积；重度盐渍土的敏感区间为RH＝0.91～0.93，盐分含量预测模型公式为：Ec(p)＝2.21×104SAa+4.32，其中Ec(p)为预测电导率含量，SAa为敏感区间的吸湿曲线面积。 10.根据权利要求9所述的基于等温吸附曲线预测土壤粘粒含量或盐分含量的方法，其特征在于，在对大量样本进行预测时，先将大量土壤样本中的每个土壤样本通过上述的适用于所有土壤样本的盐分含量预测模型公式计算得到每个土壤样本的大致盐分含量，再根据每个土壤样本预测的大致盐分含量判断其具体属于四种盐分水平中的哪种盐分水平的土壤，最后根据其对应的盐分水平适用的预测模型公式进行预测土壤粘粒含量或盐分含量。
所属类别：	发明专利