Pedotransfer funktion

Inom markvetenskap är pedoöverföringsfunktioner ( PTF ) prediktiva funktioner för vissa markegenskaper med hjälp av data från markundersökningar .

Termen pedoöverföringsfunktion myntades av Johan Bouma för att översätta data vi har till vad vi behöver . De mest lättillgängliga uppgifterna kommer från en markundersökning , såsom fältmorfologi, marktextur , struktur och pH. Pedoöverföringsfunktioner tillför värde till denna grundläggande information genom att översätta dem till uppskattningar av andra mer mödosamma och dyrbara markegenskaper. Dessa funktioner fyller gapet mellan tillgängliga markdata och de egenskaper som är mer användbara eller krävs för en viss modell eller kvalitetsbedömning. Pedoöverföringsfunktioner använder olika regressionsanalys- och datautvinningstekniker för att extrahera regler som associerar grundläggande jordegenskaper med svårare att mäta egenskaper.

Även om det inte formellt erkänts och namngetts förrän 1989, har begreppet pedoöverföringsfunktion länge använts för att uppskatta markegenskaper som är svåra att fastställa. Många markvetenskapliga byråer har sin egen (inofficiella) tumregel för att uppskatta svårmätbara markegenskaper. Förmodligen på grund av den speciella svårigheten, kostnaden för mätning och tillgängligheten av stora databaser, har den mest omfattande forskningen för att utveckla PTF:er varit för uppskattning av vattenretentionskurva och hydraulisk konduktivitet .

Historia

Den första PTF:n kom från studien av Lyman Briggs och McLane (1907). De bestämde vissningskoefficienten, som definieras som procentuell vattenhalt i en jord när växterna som växer i den jorden först reduceras till ett vissnat tillstånd från vilket de inte kan återhämta sig i en ungefär mättad atmosfär utan tillsats av vatten till jorden, som en funktion av partikelstorlek :

Vissningskoefficient = 0,01 sand + 0,12 silt + 0,57 lera

Med introduktionen av begreppen fältkapacitet (FC) och permanent vissningspunkt (PWP) av Frank Veihmeyer och Arthur Hendricksen (1927) försökte forskning under perioden 1950-1980 korrelera partikelstorleksfördelning, skrymdensitet och innehåll av organiskt material med vatteninnehåll vid fältkapacitet (FC), permanent vissningspunkt (PWP) och tillgänglig vattenkapacitet (AWC).

På 1960-talet handlade olika tidningar om uppskattningen av FC, PWP och AWC, särskilt i en serie uppsatser av Salter och Williams (1965 etc.). De undersökte sambanden mellan texturklasser och tillgänglig vattenkapacitet, som nu är kända som klass-PTF. De utvecklade också funktioner som relaterar partikelstorleksfördelningen till AWC, nu känd som kontinuerliga PTF:er. De hävdade att deras funktioner kunde förutsäga AWC till en genomsnittlig noggrannhet på 16 %.

Under 1970-talet utvecklades mer omfattande forskning med hjälp av stora databaser. Ett särskilt bra exempel är studien av Hall et al. (1977) från jord i England och Wales; de fastställde fältkapacitet, permanent vissningspunkt, tillgängligt vatteninnehåll och luftkapacitet som en funktion av texturklassen, och de härledde även kontinuerliga funktioner för att uppskatta dessa jord-vattenegenskaper. I USA utvecklade Gupta och Larson (1979) 12 funktioner som relaterar partikelstorleksfördelning och organiskt material till vatteninnehåll vid potentialer från -4 kPa till -1500 kPa.

Med den blomstrande utvecklingen av modeller som beskriver jordhydrauliska egenskaper och datormodellering av jord-vatten- och lösta ämnen, blev behovet av hydrauliska egenskaper som input till dessa modeller mer uppenbart. Clapp och Hornberger (1978) härledde medelvärden för parametrarna för en kraftfunktions vattenretentionskurva , sorptivitet och mättad hydraulisk konduktivitet för olika texturklasser . I förmodligen den första forskningen i sitt slag härledde Bloemen (1977) empiriska ekvationer som relaterar parametrar i Brooks och Coreys hydrauliska modell till partikelstorleksfördelning.

Jurgen Lamp och Kneib (1981) från Tyskland introducerade termen pedofunktion, medan Bouma och van Lanen (1986) använde termen överföringsfunktion. För att undvika förväxling med termen överföringsfunktion som används inom markfysik och i många andra discipliner kallade Johan Bouma (1989) det senare för pedoöverföringsfunktion . (En personlig anekdot antydde att Arnold Bregt från Wageningen University föreslog denna term).

Sedan dess har utvecklingen av hydrauliska PTF:er blivit ett högt forskningsämne, först i USA och Europa, Sydamerika, Australien och över hela världen.

Även om de flesta PTF:er har utvecklats för att förutsäga markens hydrauliska egenskaper, är de inte begränsade till hydrauliska egenskaper. PTF:er för att uppskatta markens fysiska, mekaniska, kemiska och biologiska egenskaper har också utvecklats.

programvara

Det finns flera tillgängliga program som hjälper till att bestämma hydrauliska egenskaper hos jordar med pedoöverföringsfunktioner, bland dem är

SOILPAR – Av Acutis och Donatelli
ROSETTA – Av Schaap et al. av USDA , använder artificiella neurala nätverk

Jordslutningssystem

McBratney et al. (2002) introducerade konceptet med ett jordinferenssystem, SINFERS, där pedoöverföringsfunktioner är kunskapsreglerna för jordinferensmotorer. Ett jordinferenssystem tar mätningar med en given nivå av säkerhet (källa) och med hjälp av logiskt kopplade pedoöverföringsfunktioner (organisator) sluter sig data som inte är känd med minimal inexakthet (prediktor).

Se även

^ Bouma, J. (1989). "Att använda markundersökningsdata för kvantitativ markvärdering". Framsteg inom markvetenskap . 9 : 177-213.
^ Acutis, M. och Donatelli, M. (2003). "SOILPAR 2.00: programvara för att uppskatta markens hydrologiska parametrar och funktioner". European Journal of Agronomy . 18 (3–4): 373–377. doi : 10.1016/S1161-0301(02)00128-4 . {{ citera tidskrift }} : CS1 underhåll: flera namn: lista över författare ( länk )
^ Schapp, MG, Leij, FJ, och van Genuchten, M.Th. (2001). " rosetta : Ett datorprogram för att uppskatta jordhydrauliska parametrar med hierarkiska pedoöverföringsfunktioner" . Journal of Hydrology . 251 (3): 163–176. doi : 10.1016/S0022-1694(01)00466-8 . {{ citera tidskrift }} : CS1 underhåll: flera namn: lista över författare ( länk )
^ Minasny, Budiman (2007). "Förutsäga markegenskaper". Jurnal Ilmu Tanah dan Lingkungan . 7 (1): 54–67.

[1] Bouma, J. (1989). "Att använda markundersökningsdata för kvantitativ markvärdering". Framsteg inom markvetenskap . 9 : 177-213.

[2] Acutis, M. och Donatelli, M. (2003). "SOILPAR 2.00: programvara för att uppskatta markens hydrologiska parametrar och funktioner". European Journal of Agronomy . 18 (3–4): 373–377. doi : 10.1016/S1161-0301(02)00128-4 . {{ citera tidskrift }} : CS1 underhåll: flera namn: lista över författare ( länk )

[3] Schapp, MG, Leij, FJ, och van Genuchten, M.Th. (2001). " rosetta : Ett datorprogram för att uppskatta jordhydrauliska parametrar med hierarkiska pedoöverföringsfunktioner" . Journal of Hydrology . 251 (3): 163–176. doi : 10.1016/S0022-1694(01)00466-8 . {{ citera tidskrift }} : CS1 underhåll: flera namn: lista över författare ( länk )

[4] Minasny, Budiman (2007). "Förutsäga markegenskaper". Jurnal Ilmu Tanah dan Lingkungan . 7 (1): 54–67.