利用多元地质学评估表观土电导率和选定土壤性能的空间依赖性模式

抽象的

土壤的表观电导率(E)在三个连续的日期内连续记录，使用水平电磁感应(E-H)和垂直(E-V)偶极子模式在一个6公顷的地块位于西班牙西北部。E中的一个数据集被用来设计一个由40个点组成的最佳抽样方案。在这40个点的0.0-0.3 m深度取样，分析砂、粉砂和粘粒含量;重量含水量;饱和土膏体的电导率。E之间的相关系数和重量土壤含水量（E.685-v和0.649-H）均高于E和粘土含量（当E记录日期已考虑在内）。普通克里格法和通用克里格法已被用于评估E连续日期记录的数据集和分析的土壤特性。普通和通用协克里金方法改进了利用E作为常见变量相对于使用普通克里格。

1.导言

为精确农业收集土壤数据的质量具有非常重要的影响，因为人们发现，在这一阶段获得详尽的信息有助于利用地理空间技术估计土壤空间变异性，随后有助于确定"管理单位"。然而，评估土壤空间变异性通常需要大量的样品，这大大增加了取样和分析的成本。尽管如此，取样过程可以改进，使用可以快速记录或测量的土壤变量，这有助于提高对其他更难测量的土壤特性的估计。

土壤表观电导率（EC）的测量_一个)允许收集关于字段和其他相关属性的空间分布的信息。根据考文及罗德斯[1[测量土壤EC的主要方法_一个接触和电磁感应。麦克尼尔[2]，Sudduth等人[3.]，科德和莱斯[4， Kühn等[5指出，表明_一个主要受土壤含水量、质地、有机质含量、孔隙大小及分布、盐分、阳离子交换容量、土壤溶液中溶解的电解质浓度、温度、土壤胶体组成等的影响。因此，电子商务的使用_一个土壤分类可以识别和界定在农业生产和环境保护中起重要作用的物理、化学和生物土壤特性。因此，这些数据对于监测土壤的时间条件和应用管理过程至关重要[6]. 因此，欧共体_一个参数用于精准农业的辅助，以促进土壤空间变异的评价和管理单元的定义。

地质统计学的使用有很大的优势，因为它允许研究土壤性质的空间变异性。克里格是一种地质统计学方法，可用于预测未采样地点的土壤属性值，有利于在精准农业中应用差异化土壤管理。一些作者设计了土壤取样方案，这些方案由直接或间接影响作物产量的特性指导[7- - - - - -10.]，这种方法的成功取决于使用快速和容易测量的变量，例如EC_一个．

根据上述基本理由，这项工作的目标如下：分析连续EC的空间相关性_一个数据集，（2）评估土壤纹理属性的空间变异性，使用土壤欧共体指导的土壤采样方案_一个和（3）通过使用EC的多元地质统计学改进土壤变量（如土壤含水量）的空间变异性估计_一个作为辅助信息。

2.材料和方法

2.1. 研究地点

该试验田占地6公顷，位于Castro Ribeiras de Lea (Lugo, NW Spain)。地理坐标为北纬43°09′49”，西经7°29′47”，平均海拔410米，平均坡度2%(图)1)．

（一种）

（b）

该场地所在的区域被认为是“Terra Cha”地区的地形模式和主要土壤类型的代表，该地区的特点是广泛的牲畜生产，由于排水障碍，景观具有季节性的水态条件。

试验地作物演替为休闲青贮玉米(玉米L.）在研究年度的营养不到农业下。此前，该网站一直在牧场进行青贮饲养。现场数据记录和土壤采样在2008年春季进行。

该土壤被归类为潜育形成土[11.]，发育于第三纪-第四纪沉积之上;来自第四系的母质砾石含量高，下垫层为饱和水力导流性较低的第三系黏土沉积物[12.]．根据Neira Seijo [13.]的土壤剖面用序列A表示_p-B._w-B._tg，在连续沉积层开发，具有异质土壤粒度分布（表1)．细土土壤质地（<2.00毫米）在A的沙质壤土_p层位，砂质粘土壤土_w地平线，而地平线B是粘土_tg并且有一般粘土增加了土壤深度。而且，一个_p和B._w层位砾石含量高，分别达到37%和45%。A上有机质含量较高_pHorizo n（5.05％）与土壤剖面底层视野的较低含量形成对比。Terra Cha地区的气候被归类为海水温带气候（CFB，根据Köppen），其特点是温暖的夏天和无旱季;年平均降雨量高达930毫米。


地平线	深度（m）	有机物质	粘土	淤泥	沙子	砾石
地平线	深度（m）	g dm⁻³	G kg.⁻¹

一个_p	0.0 - -0.35	50.50	175	191.	634	370.
B_w	0.35 - -0.70	7.20	192.	207.	591.	448.
B_tg	> 0.70	2.60	479.	280	241.	- - - - - -

2.2。明显的土壤电导率测量和取样方案

表观土壤电导率（EC）_一个)使用电磁感应设备EM38-DD进行测量[14.]．该装置由两个集成的EM38单元组成，面向水平和垂直偶极子位置，提供两个偶极模式的同时测量;在垂直偶极模式下，主磁场被认为有效穿透深度约为1.5 m，而在水平偶极模式下，EM38-DD被认为有效穿透深度约为0.75 m的较浅土壤[14.]．

为了完成水平偶极子中土壤表观电导率的连续记录_一个-h，ms m⁻¹)和垂直偶极子(EC_一个m - v,女士⁻¹)(数据2(一个)和3.），EM38-DD安装在用塑料材料构建的汽车（图2 (b))．此外，GPS RTK用于地理转移记录的措施。

（一种）

（b）

（一种）

（b）

EC的参考测量值_一个- h和电子商务_一个-V于23/6/2008在图23 / 6/2008进行，在图中呈现的方案之后的比例2(一个)．使用软件工具ESAP-RSSD（响应面采样设计）设计了土壤采样方案，基于多个线性回归模型[7，9]．该软件旨在优化新的采样点的位置考虑土壤表观电导率(EC_一个)用水平(EC_一个-H)和垂直偶极子(EC_一个-v）（图2(一个))．优化的土壤取样方案为40个点。此外，EC的连续测量_一个- h和电子商务_一个以前在实验领域拍摄于2008年3月3日和2008日，如图所示3.．但是，请注意连续记录EC的方案_一个在三个连续日期中拍摄的数据集如图所示2(一个)，3(一个)，和3 (b)．

在欧共体选出的40个点中_一个23/6/2008的竞选，用手动土壤探针在0.0-3米深度下进行土壤样品。使用标准方法测定饱和浆料提取物的土壤纹理，土壤含水量和导电性。土壤纹理（粘土，淤泥和沙子，在g kg⁻¹)，采用筛管移液管法测定。Camargo等[15.];该方法采用氢氧化钠和六偏磷酸钠的混合物作为化学分散剂。重量土壤含水量(根据Camargo等人，在称量湿式和干燥样品的质量后获得。[15.]. 测定土壤饱和提取物（EC）的电导率_e)，一种土壤和蒸馏水1:1的混合物，按照美国农业部的建议制备[16.];使用电导率计ORION模型122进行电导率测量。

２.３.统计和地质统计分析

使用SPSS封装11.5以5％的SNK（学生 - 纽曼 - keuls）方法Anova进行统计分析所有值。正常性Kolmogorov-smirnov的测试用于测试误差1％概率的数据的正常性（). 用皮尔逊相关系数计算相关系数。

使用实验变异仪进行土壤物理性质的空间变异性的分析;使用Vieira描述的方法进行变形仪模型的拟合[17.，基于交叉验证。初步分析表明，任何研究性质的变异函数都呈现出一种趋势，因此在这些情况下使用了通用克里格，其中需要残差变异函数[18.]．对于那些没有表现出趋势的变量，使用普通克里格。空间依赖程度(SD)的确定依据如下: 在哪里是金块效应和()是窗台()根据Cambardella等人[19.]，分为高(SD≤25%)、中(SD = 25-75%)、低(SD≥75%)。

交叉变速仪用于研究土壤变量之间的空间相关性;当一些这些变量中存在趋势时，使用了通用的录音[18.]，而不是普通的Cokriging。用于执行普通Kriging，Universal Kriging和Universal Cokriging的软件是GSTAT [20.]．在Cokriging中，协方差矩阵必须是积极的和明确的[18.，21.- - - - - -23.]. 协同克里金法仅用于显示相关系数值的两个属性大于0.5。

3。结果与讨论

数据的统计分析（表1）2)，表明样本间变异较大，根据变异系数的低(CV≤12%)和中(CV = 12-60%)值，通过Warrick和Nielsen的分类[24.]．验证了土壤的表观电导率(EC_一个)测量水平偶极子(EC_一个-H)的CV值比垂直偶极子(EC)的CV值低_一个-V）。可以解释这一事实，因为垂直偶极模式探讨了比水平偶极子的更大体积的土壤，并且在影响EC的那些变量中存在更大的异质性_一个值，主要是粘土含量，有机材料，土壤中的水含量，孔隙率，盐度等[2- - - - - -5]．


日期	变量	单位		分钟。	Max。	平均值±SD	方差	简历	斜	库尔特

14/3/2008	电子商务_一个-v.	MS M.⁻¹	1887年	5.75	18.38	10.48 ± 1.19	1.42	11.35	0.527	0.124	0.045 ln
14/3/2008	电子商务_一个-H	MS M.⁻¹	1887年	9.25	19.00	14.1±0.77	0.60	5.46	0.065	1.810	0.040 ln
3/4/2008	电子商务_一个-v.	MS M.⁻¹	1871年	9.63	20.50	14.04±2.15	4.64	15.31	0.662	0.083	0.073Ln.
3/4/2008	电子商务_一个-H	MS M.⁻¹	1871年	6.63	19.50	14.59±0.77	0.60	5.28	0.160	10.51	0.095 ln
23/6/2008	电子商务_一个-v.	MS M.⁻¹	1886年	4.13	20.13	11.21±2.47^＊	6.12	22.03	0.485	−0.243	0.071 ln
23/6/2008	电子商务_一个-H	MS M.⁻¹	1886年	6.63	20.00	12.12±1.79.^＊	3.22	14.77	0.839	1.285	0.092Ln.
23/6/2008	CE_e	MS M.⁻¹	40	7.00	28.00	13.82±5.09	25.94	36.83	1.200	1.008	0.159n
23/6/2008	粘土	G kg.⁻¹	40	119	220.00	168.37±30.92	956.54	18.36	-0.190	-1.321	0.153N.
23/6/2008	淤泥	G kg.⁻¹	40	233.00	357.00	296.25±35.06	1229.73	11.83	0.149	−1.041	0.098 n
23/6/2008	沙子	G kg.⁻¹	40	487.00	586.00	535.37±22.53	507.72	4.21	0.055	−0.270	0.069 n
23/6/2008		％	38	13.41	45.67	26.74±6.81	49.50	25.47	-2.904	6.510	0.085 n

:测量次数;分钟。:最小值;Max。：maximum value; Mean ± SD: mean ± standard deviation; CV: coefficient of variation (%); Skew: skewness; Kurt: kurtosis; and: Kolmogorov-Smirnov检验数据正态性(< 0.01, n:正态性，Ln: log正态性)。^＊在5%水平的方差分析(SNK)中不显著。

只有数据欧共体_一个-V和EC_一个-H 2008年6月23日的取样未通过不同取样日期之间的平均检验（ANOVA）显示差异。

土壤饱和浆料提取物的电导率的值（EC_e)的值高于EC的值_一个-V和EC_一个- h;这是因为EC_e是一个参数，取决于土壤解决方案中阴离子和阳离子的内容;含水量在所有样品中均匀，因为样品用水饱和，并且用设备EM38-DD测量的土壤表观电导率值（EC_一个-V和EC_一个-H)受土壤含水量的影响很大[2，3.，5];并且土壤中的水含量沿着该领域是可变的。

电子商务_一个-V和EC_一个-H在多个抽样日期(2008年3月14日、2008年4月3日、2008年6月23日)均为对数正态分布2)．研究的其他属性显示出正常频率分布（EC_e如粘土、粉砂、砂粒及土壤含水量)。

在地统计分析中，算法转换用于显示逻辑正态分布的属性。欧共体之间相关系数的最高值_一个变量和粘土和淤泥内容在第一个测量日期（14/3/2008）;在此日期，土壤水分较低，与沉淀和蒸散蒸腾的数据较低（表3.)．Grandjean等人[25.说明湿度较低的土壤是利用电导率测量来表征土壤容重和土壤质地的理想土壤。


时期	降水(毫米)	参考蒸发蒸腾（mm）

15/2/2008-14/3/2008	52.6	38.0
14/3/2008–3/4/2008	80.4	37.1.
3/4/2008-23/6/2008	397.8	214.6

表观土电导率之间的相关值系数（EC_一个-V和EC_一个-H)对多个采样日期(2008年3月14日、2008年4月3日、2008年6月23日)的测量均呈现中度正相关系数值(0.5≤< 0.8)。

之间的相关系数（）和（)为中度阳性(），确认EC值之间的相关性_一个-V和EC_一个-H和土壤含水量，因为根据Grandjean等人[25.]，在潮湿条件下，电导率测量主要受含水量的影响，这往往掩盖了其他因素的影响。

log EC的值_一个-V受地下水位的影响，其变异函数随地下水位变化趋势一致(图)4). 从样本方差值的标准化变异函数可以看出，数据来自EC_一个- 2008年3月14日及2008年4月3日的v测量显示趋势，与该地区的数码高程图的模式相同(图)1 (b))．对日志EC的标准化变形仪分析_一个-H数据可以看出，只显示AcooicGram的趋势仅为14/3/2008和03/4/2008，但不是在23/6/2008的变化仪中;在此日期，水位桌可能位于用水平偶极模式调查的土壤深度。

（一种）

（b）

Corwin和Lesch [4]发现来自日志EC的数据之间的相关性值较高_一个-V和log EC_一个-H和饱和萃取物(EC_e)和粘土含量，但低于测井EC_一个-V和log EC_一个-H和土壤中的水含量。Martínez和vanderlinden [26.]描述了EC之间较高的相关性_一个土壤含水量与土壤含水量的相关性较低，而粘土与土壤含水量的相关性较低。EC的相关系数_e，淤泥，粘土与测井EC_一个-h大于log-ec_一个-五,。

为了提高EC值之间的相关性_一个-V和EC_一个- h与粘粒含量、土壤含水量应尽可能均匀的在研究区域内,如果它的值更接近于田间持水量与地下水位是尽可能低,所以最好的时间来测量在这些条件下将在秋天,当有暴雨,尽管在这些条件下，地下水位可能上升得不够接近地表。

初步的地质统计数据分析表明，土壤的物理性质(粘土、粉土、砂土和重量含水量)没有变化趋势，因此可以用普通克里格法对原始数据进行估计。此外，EC._e数据和土壤的表观电导率(EC_一个-V和EC_一个-H)的几个抽样日期显示趋势在图中3.;半变值在数据方差值周围没有稳定，并且通用Kriging用于构造这些变量的空间可变性的地图。

拟合的变异函数参数（表5)表明，球形模型是拟合模型的性质所研究，根据Cambardella等[19.], Goovaerts [18.]，维埃拉[17.和Siqueira等人[27.描述这个模型;它通常最适合于土壤和植物的特性。所有属性的金块效应值均较低()．范围值（a）从40.00米变化（日志ec_一个- h残留_3/4/2008)至130.00 m(粘土、粉砂和土壤含水量)。在整个研究中，样本间空间依赖程度较高(SD≤25.00%)，log EC为例外_一个- h残留_14/3/2008这提出了适度的空间依赖性（SD = 31.67％）。

用通用克里格法得到的空间变异性图(图5)表明各地图EC之间有相似之处_一个-V（数字5（a），5（c），和5（e）)和电子商务_一个- h(图5（b），5（d），和5（f）)，并进一步区分EC地图_一个-V和EC_一个-h在23/6/2008上的测量数据（图5（e）和5（f））当水位水平较低时。

（一种）

（b）

（C）

(d)

(e)

(f)

观察到EC的地图_一个-V和EC_一个- h(图5)和土壤含水量图(图6 (e))通过普通克里格法获得（图6 (e)）看起来相似，按照与数字高度模型的相同模式（图1 (b))．

（一种）

（b）

（C）

(d)

(e)

饱和提取物的电导率图（EC_e，数字6（a））显示映射EC的逆行为_一个-V和EC_一个- h(图5)．此外，研究区粘土含量空间变异性图(图6（b））显示映射EC不相似_一个-V和EC_一个- h(图5）;这一事实也在淤泥中重复(图6（c）和沙子（图6 (d))．

桌子6给出了拟合参数之间的交叉方差图-五(）和-H （)．与单个变速仪相比，交叉变速仪适用于具有相同范围的球形模型，以获得线性模型核心化（表6)．

使用普通和通用协克里格构造的空间变异性图(图7)证明了利用电磁感应法测定土壤表观电导率(EC_一个-V和EC_一个-h）于23/6/2008是一种二次变量，可通过录音改善土壤含水量的估计。这种改善估计可以在表中观察到7，其中显示测量值与使用普通协克里格与log-EC交叉验证的估计值之间的相关系数值增加_一个-V（0.746）和Log-EC_一个-H(0.756)作为次要变量相对于普通克里格(0.637)。此外，以普通协克里格法得到的土壤含水量图作为辅助数据EC_一个- h(图7 (b))比普通克里格得到的地图更不平滑(图6 (e))．

（一种）

（b）

4。结论

考虑到所研究的所有土壤属性时，EC_一个在同一日期测量的重量土壤水分，即23/6/2008，显示了相关表的最高系数4．此外，EC._一个与粉土含量的相关系数大于与粉土含量的相关系数，且第1代EC的相关强度较高_一个记录日期为2008年3月14日，土壤湿度较低。因此，EC的相关系数_一个随着粉土和粘粒含量的增加，土壤水分呈下降趋势;这一结果表明记录EC是有用的_一个在连续日期与不同的土壤水分。


		14/03/2008		03/04/2008		23/06/2008
								电子商务_e	粘土	淤泥	沙子

14/03/2008		1.000
14/03/2008		0.780	1.000
03/04/2008		0.972	0.759	1.000
03/04/2008		0.724	0.796	0.792	1.000
23/06/2008		0.861	0.729	0.855	0.688	1.000
23/06/2008		0.541	0.644	0.515	0.569	0.751	1.000
23/06/2008	电子商务_e	0.127	0.185	-0.012	−0.141	0.156	0.224	1.000
23/06/2008	粘土	0.344	0.495	0.252	0.197	0.253	0.346	0.221	1.000
23/06/2008	淤泥	−0.247	-0.423	-0.172	−0.216	-0.137.	−0.228	−0.145	-0.773	1.000
23/06/2008	沙子	−0.086	-0.012	-0.076.	0.065	-0.133.	−0.119	-0.076.	-0.170	−0.494	1.000
23/06/2008		＊	＊	＊	＊	0.685	0.648	0.005	0.221	−0.145	-0.075.	1.000

由于土壤含水量仅在2006年6月23日进行了测量，因此没有计算出土壤含水量与土壤表观电导率(EC)之间的相关系数，因此在线性相关分析中排除了值_一个-V和EC_一个-H)为其他抽样日期(14/3/2008及03/4/2008)。
^{Arunachal Pradesh，}使…相互关联和有关于2008年6月23日进行的测量日期(14/3/2008及3/4/2008)，须估计,电子商务_e在2008年6月23日测量的地点，用克里格法测定粘土、粉砂和砂粒含量。


日期	变量	地质统计学方法	模型				SD.

14/03/2009	剩余	英国	球形	0.0001	3.14	105.00	0．00
14/03/2009	剩余	英国	球形	0．14	0.302	44.00	31.67

03/04/2008	剩余	英国	球形	0．00	5.10	145.00	0．00
03/04/2008	剩余	英国	球形	０．１０	0.32	40．00	23.80.

23/06/2008	剩余	英国	球形	0.001	0．01	130.00	9.09
	剩余	英国	球形	0.001	0.005	130.00	1.96
	电子商务_e剩余	英国	球形	0.00025	0.0018	100.00	9.09
	粘土	好的	球形	0.001	1060	130.00	0．00
	淤泥	好的	球形	0．00	1400	130.00	0．00
	沙子	好的	球形	0．00	510.00	70.00	0．00
		好的	球形	0.001	60.00	130.00	0．00

英国:通用克里格;好:普通克里格;：熔核效应；:结构方差;:范围(m);SD:空间依赖性(%)。


	变量	地质统计学方法	模型			（m）

23/6/2008		通用cokriging	球形	1.00	20.00	130.00
23/6/2008		普通cokriging	球形	0．00	15.00	130.00

：熔核效应；:结构方差;和:范围(m)。


(普通克里格)	0.637	（普遍的蔡克里格）	0.746
		（普通的Cokriging）	0.756

表观土导率对数值的空间变异空间变异性（EC_一个）土壤饱和浆料的电导率（EC_e砂土、粘土、粉土和重量含水量的模型均采用普通克里格模型。与EC协同克里格的使用_一个作为次要变量的数据改进了使用克里格法对重力土壤含水量的估计。

缩写

电子商务_一个：	土壤表观电导率
电子商务_一个-五:	CE_一个在垂直偶极子
电子商务_一个-H：	CE_一个在水平偶极子
电子商务_e：	土壤饱和度提取物的电导率。

利益冲突

作者声明，本论文的发表不存在利益冲突。本文中参考的商业产品品牌并不意味着作者推荐本研究中使用的设备。开发机构提供的支持资金并未显示与本文件出版相关的利益冲突。

致谢

作者感谢西班牙对外合作部长(MAEC-AECID)为博士研究提供奖学金。本研究由Ciencia教育部资助，研究项目为CGL2005-08219-C02-02; Xunta de Galicia联合资助，研究项目为PGIDIT06PXIC291062PN;欧洲区域发展基金(ERDF)共同资助。作者感谢卢戈代表团的省级农场加约索·卡斯特罗允许使用其设施开展这项工作。作者感谢CNPq(巴西国家科学和技术发展委员会)和FACEPE (Fundação de Amparo à Ciência e Tecnologia do Estado de Pernambuco(巴西))，他们还感谢CNPq授予dcr -区域科学发展奖给第一作者的奖学金。同时也感谢巴西的FAPEMA, MA，资助了本文的发表。作者要感谢两位匿名审稿人的评论，这无疑提高了本文的质量。

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科学世界杂志

土地利用变化对土壤性质和过程的影响

抽象的

1.导言

2.材料和方法

2.1. 研究地点

2.2。明显的土壤电导率测量和取样方案

２.３.统计和地质统计分析

3。结果与讨论

4。结论

缩写

利益冲突

致谢

工具书类

版权

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