CN112986531B - 一种基于水热条件预测土壤全氮含量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于水热条件预测土壤全氮含量的方法，包括以下操作步骤：(1)获得待测地区的气象台编号，获得逐日历史气象数据，所述历史气象数据包括年平均降水量、≥10℃年平均积温；(2)使用标准气象台的标准数据作为模型的初始数据，得到预测土壤全氮含量的模型如下：

Description

一种基于水热条件预测土壤全氮含量的方法

技术领域

本发明属于土壤全氮含量预测技术领域，具体涉及一种基于水热条件预测土壤全氮含量的方法。

背景技术

土壤有效氮的数量和形态对土壤水分有效性的降低非常敏感，随着水分有效性的降低，土壤氮矿化和氮有效性也会降低，此外，通过菌根或真菌矿化是一个复杂的过程，涉及通过流动和扩散在土壤中的迁移。由于不同氮形态的移动性不同，水分利用率的降低会减少或改变各种氮形态通过水流向根表面的输送，这可能影响各种氮形态的吸收。

有机氮矿化为无机氮的生物和物理化学过程对气候很敏感。温度的升高将加速生物降解和呼吸作用，而随着降水的增加，溶解性有机质的通量也会增加，从而促进向较低层位的淋溶和渗透，因此，气候对土壤有机质成岩作用的影响程度，对于预测氮有效性对植物生产力和土壤固氮的反应十分重要。

目前，在技术上，针对土壤全氮预测模型鲜有报道。主要包括：

(1)土壤温度效应模型，温度是影响土壤氮素矿化的重要因素，对于温度对氮素矿化影响的效应模型有两种表现形式，主要为温度决定型和温度衰减型：

f(T)＝1.68×10⁹[exp(-13.0÷(1.99 ×10-^3·(TMOD+273)))]

式中：

T——土壤温度(⁰K)。

(2)土壤水分效应模型，土壤含水量是影响土壤氮素矿化的另一重要环境参数。它间接地反映了土壤的通体状况和其它物理特性：

并且

式中：θ——土壤实际含水量；

——土壤容重。

(3)土壤pH效应模型，目前，这种模型研究较少，而且定量表示pH效应的研究结果更少：

土壤全氮的矿化是受土壤全组成、矿化过程中土壤环境因素、时间和土壤微生物等因素综合作用的物理-化学-微生物过程。目前，以上模型中，绝大多数的土壤氮素矿化模型都是在实验室控制条件下的。由于自然环境的多样性，有必要建立或筛选适合自然条件下的矿化模型及其参数。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明提供一种基于水热条件预测土壤全氮含量的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种基于水热条件预测土壤全氮含量的方法，包括以下操作步骤：

(1)获得待测地区的气象台编号，获得逐日历史气象数据，所述历史气象数据包括年平均降水量、≥10℃年平均积温；

(2)使用标准气象台的标准数据作为模型的初始数据，得到预测土壤全氮含量的模型如下：

设：

则：

令：k₁＝α+β·log(T)，

则：

令：k＝N，

则：

其中，N为全氮含量，N的单位为g·kg^-1，α、β、γ、ε为常数，T为≥10℃年平均积温，T的单位为℃，P为年平均降水量，P的单位为mm，k为区域多年全氮常数，k是水热条件综合影响下的一个常数。

具体地，所述年平均降水量P采用以下方法得到：日降水量是指每日20时至次日20时，降水量的累加值，一年内所有日降水量的累加为年降水量，多年年降水量平均值为年平均降水量P。

具体地，所述≥10℃年平均积温T采用以下方法得到：把当年大于或等于10℃持续期内的日平均温度累加起来得到的温度总和为年≥10℃积温，多年年≥10℃积温的平均值为≥10℃年平均积温T。

由以上的技术方案可知，本发明的有益效果是：

本发明提供的基于水热条件预测土壤全氮含量的方法，利用准确的测土配方施肥数据集的土壤全氮数据，结合标准气象台站的气象数据，深入分析了区域尺度上，土壤全氮的累积与温度和降水量的内在联系，揭示了温度和降水对土壤全氮累积的影响，明确土壤全氮分布格局的宏观主导因素。同时本发明提供的模型，基于标准气象台站的历史数据，使用参数少，变量简单，模型预测简单、实用，为区域地块大数据模型的建立提供数据保障，模型预测精度高。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种基于水热条件预测土壤全氮含量的方法，包括以下操作步骤：

(1)获得待测地区的气象台编号，获得逐日历史气象数据，所述历史气象数据包括年平均降水量、≥10℃年平均积温，所述年平均降水量P采用以下方法得到：日降水量是指每日20时至次日20时，降水量的累加值，一年内所有日降水量的累加为年降水量，多年年降水量平均值为年平均降水量P；所述≥10℃年平均积温T采用以下方法得到：把当年大于或等于10℃持续期内的日平均温度累加起来得到的温度总和为年≥10℃积温，多年年≥10℃积温的平均值为≥ 10℃年平均积温T。

(2)使用标准气象台的标准数据作为模型的初始数据，得到预测土壤全氮含量的模型如下：

设：

则：

令：k₁＝α+β·log(T)，

则：

令：k＝N，

则：

其中，N为全氮含量，N的单位为g·kg^-1，α、β、γ、ε为常数，T为≥10℃年平均积温，T的单位为℃，P为年平均降水量，P的单位为mm，k为区域多年全氮常数，k是水热条件综合影响下的一个常数。

验证性试验：

表1土壤全氮含量及气象数据

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应用SPSS 15.0多元回归对以上数据进行验证后得出以下分析结果，见表2，计算出α为-0.5034，β为0.1408，γ为1.2889，ε为 0.6869，α、β的P-value值接近于0，γ、ε的P-value值均为0，显著性相关。

表2模型结果分析

表3模型多元回归统计

表4模型方差分析

项目	df	SS	MS	F	SignificanceF
						回归分析	3	203.9659	67.98864	1056502	0
残差	674	0.043374	6.44E-05
						总计	677	204.0093

通过表2和表3回归统计可知，R²＝0.9998(r＝0.9999)，标准误差为0.008022，P＜0.01极显著相关。

通过表2可得，全氮预测模型的方程为：

其中，k为区域多年全氮常数，N为全氮含量(g·kg^-1)，T为≥10℃年平均积温(℃)，P为年平均降水量(mm)。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (2)

1.一种基于水热条件预测土壤全氮含量的方法，其特征在于，包括以下操作步骤：

(1)获得待测地区的气象台编号，获得逐日历史气象数据，所述历史气象数据包括年平均降水量、≥10℃年平均积温；

(2)使用标准气象台的标准数据作为模型的初始数据，得到预测土壤全氮含量的模型如下：

设：

则：

令：k₁＝α+β·log(T)，

则：

令：k＝N，

则：

其中，N为全氮含量，N的单位为g·kg^-1，α、β、γ、ε为常数，T为≥10℃年平均积温，T的单位为℃，P为年平均降水量，P的单位为mm，k为区域多年全氮常数，k是水热条件综合影响下的一个常数；

所述≥10℃年平均积温T采用以下方法得到：把当年大于或等于10℃持续期内的日平均温度累加起来得到的温度总和为年≥10℃积温，多年年≥10℃积温的平均值为≥10℃年平均积温T。

2.根据权利要求1所述一种基于水热条件预测土壤全氮含量的方法，其特征在于，所述年平均降水量P采用以下方法得到：日降水量是指每日20时至次日20时，降水量的累加值，一年内所有日降水量的累加为年降水量，多年年降水量平均值为年平均降水量P。