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Imaging the electrical conductivity of the soil profile and its relationships to soil water patterns and drainage characteristics
Precision Agriculture ( IF 6.2 ) Pub Date : 2021-01-02 , DOI: 10.1007/s11119-020-09763-x
A. G. El-Naggar , C. B. Hedley , P. Roudier , D. Horne , B. E. Clothier

Soil water content ( θ ) measurement is vital for accurate irrigation scheduling. Electromagnetic induction surveys can be used to map spatial variability of θ when other soil properties are uniform. However, depth-specific θ variations, essential for precision irrigation management, have been less investigated using this method. A quasi-2-dimensional inversion model, capable of inverting apparent soil electrical conductivity ( EC a ) data to calculate estimates of true electrical conductivity (σ) down the entire soil profile, was developed using EC a data collected by a multi-coil Dualem-421S sensor. The optimal relationships between σ and volumetric water content ( θv ) were established using all coil arrays of the Dualem-421S, a damping factor of 0.04, an initial model of 35 mSm −1 , and with ten iterations ( R 2 = 0.70, bias = 0.00 cm 3 cm −3 , RMSE = 0.04 cm 3 cm −3 ). These relationships were then used to derive soil profile images of these properties, and as expected, θv and σ follow similar trends down the soil profile. The derived soil profile images for θv have potential use for irrigation scheduling to two EC a -derived soil management zones under a variable rate irrigation system at this case study site. They reflect the intrinsic soil differences that occur between texture, texture transitions and drainage characteristics. The method can also be used to guide placement of soil moisture sensors for in-season monitoring of spatio-temporal variations of θv. This soil imaging method showed good potential for predicting 2 D depth profiles of soil texture, moisture and drainage characteristics, and supporting soil, plant and irrigation management.

中文翻译:

成像土壤剖面的电导率及其与土壤水分模式和排水特征的关系

土壤含水量 (θ) 测量对于准确的灌溉计划至关重要。当其他土壤特性一致时,电磁感应测量可用于绘制 θ 的空间变异性。然而,使用这种方法对精确灌溉管理必不可少的深度特定 θ 变化的研究较少。使用多线圈 Dualem 收集的 EC a 数据开发了一种准二维反演模型,该模型能够反演表观土壤电导率 (EC a ) 数据以计算整个土壤剖面的真实电导率 (σ) 估计值-421S 传感器。σ 与体积含水量 ( θv ) 之间的最佳关系是使用 Dualem-421S 的所有线圈阵列建立的,阻尼系数为 0.04,初始模型为 35 mSm -1 ,并具有十次迭代(R 2 = 0.70,偏差= 0.00 厘米 3 厘米 -3 , RMSE = 0.04 cm 3 cm -3 )。然后使用这些关系来推导出这些特性的土壤剖面图像,正如预期的那样,θv 和 σ 沿着土壤剖面遵循类似的趋势。θv 的衍生土壤剖面图像具有潜在用途,可用于在此案例研究地点的可变速率灌溉系统下对两个 EC a 衍生的土壤管理区进行灌溉调度。它们反映了质地、质地转变和排水特征之间发生的内在土壤差异。该方法还可用于指导土壤湿度传感器的放置,以便对 θv 的时空变化进行季节性监测。这种土壤成像方法在预测土壤质地、水分和排水特征的二维深度剖面以及支持土壤、植物和灌溉管理方面显示出良好的潜力。然后使用这些关系来导出这些特性的土壤剖面图像,正如预期的那样,θv 和 σ 沿着土壤剖面遵循类似的趋势。θv 的衍生土壤剖面图像具有潜在用途,可用于在此案例研究地点的可变速率灌溉系统下对两个 EC a 衍生的土壤管理区进行灌溉调度。它们反映了质地、质地转变和排水特征之间发生的内在土壤差异。该方法还可用于指导土壤湿度传感器的放置,以便对 θv 的时空变化进行季节性监测。这种土壤成像方法在预测土壤质地、水分和排水特征的二维深度剖面以及支持土壤、植物和灌溉管理方面显示出良好的潜力。然后使用这些关系来推导出这些特性的土壤剖面图像,正如预期的那样,θv 和 σ 沿着土壤剖面遵循类似的趋势。θv 的衍生土壤剖面图像具有潜在用途,可用于在此案例研究地点的可变速率灌溉系统下对两个 EC a 衍生的土壤管理区进行灌溉调度。它们反映了质地、质地转变和排水特征之间发生的内在土壤差异。该方法还可用于指导土壤湿度传感器的放置,以便对 θv 的时空变化进行季节性监测。这种土壤成像方法在预测土壤质地、水分和排水特征的二维深度剖面以及支持土壤、植物和灌溉管理方面显示出良好的潜力。
更新日期:2021-01-02
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