Введение
В почвоведении педотрансферные функции (ПТФ) – это прогностические функции, определяющие определенные свойства почвы на основе данных почвенных обследований. Термин «педотрансферная функция» был введен Йоханом Бумой для обозначения преобразования имеющихся данных в те, которые необходимы. Наиболее доступные данные поступают из почвенных обследований, таких как полевая морфология, текстура, структура и pH почвы. Педотрансферные функции повышают ценность этой базовой информации, преобразуя ее в оценки других, более трудоемких и дорогостоящих свойств почвы. Эти функции восполняют пробел между имеющимися данными о почве и свойствами, которые более полезны или требуются для конкретной модели или оценки качества. Педотрансферные функции используют различные методы регрессионного анализа и интеллектуального анализа данных для выявления закономерностей, связывающих основные свойства почвы со свойствами, которые сложнее измерить. Хотя концепция педотрансферной функции применялась для оценки трудноопределимых свойств почвы задолго до ее формального признания и наименования в 1989 году, многие агентства по изучению почв имеют собственные (неофициальные) эмпирические правила для оценки трудноизмеримых свойств почвы. Вероятно, из-за особой сложности, высокой стоимости измерений и наличия больших баз данных, наиболее масштабные исследования по разработке ПТФ были посвящены оценке кривой удержания воды и гидравлической проводимости.
История
Первый PTF появился в исследовании Лаймана Бриггса и Маклейна (1907). Они определили коэффициент увядания, который определяется как процентное содержание воды в почве, при котором растения, растущие в этой почве, впервые переходят в состояние увядания, из которого они не могут восстановиться в приблизительно насыщенной атмосфере без добавления воды в почву, в зависимости от размера частиц: Коэффициент увядания = 0,01 песка + 0,12 ила + 0,57 глины.
Wilting coefficient = 0.01 sand + 0.12 silt + 0.57 clay
With the introduction of the field capacity (FC) and permanent wilting point (PWP) concepts by Frank Veihmeyer and Arthur Hendricksen (1927), research during the period 1950 1980 attempted to correlate particle size distribution, bulk density and organic matter content with water content at field capacity (FC), permanent wilting point (PWP), and available water capacity (AWC). In the 1960s various papers dealt with the estimation of FC, PWP, and AWC, notably in a series of papers by Salter and Williams (1965 etc.). They explored relationships between texture classes and available water capacity, which are now known as class PTFs. They also developed functions relating the particle size distribution to AWC, now known as continuous PTFs. They asserted that their functions could predict AWC to a mean accuracy of 16%. In the 1970s more comprehensive research using large databases was developed. A particularly good example is the study by Hall et al. (1977) from soil in England and Wales; they established field capacity, permanent wilting point, available water content, and air capacity as a function of textural class, and as well as deriving continuous functions estimating these soil water properties. In the USA, Gupta and Larson (1979) developed 12 functions relating particle size distribution and organic matter content to water content at potentials ranging from 4 kPa to 1500 kPa. With the flourishing development of models describing soil hydraulic properties and computer modelling of soil water and solute transport, the need for hydraulic properties as inputs to these models became more evident. Clapp and Hornberger (1978) derived average values for the parameters of a power function water retention curve, sorptivity and saturated hydraulic conductivity for different texture classes. In probably the first research of its kind, Bloemen (1977) derived empirical equations relating parameters of the Brooks and Corey hydraulic model to particle size distribution. Jurgen Lamp and Kneib (1981) from Germany introduced the term pedofunction, while Bouma and van Lanen (1986) used the term transfer function. To avoid confusion with the term transfer function used in soil physics and in many other disciplines, Johan Bouma (1989) later called it pedotransfer function. (A personal anecdote hinted that Arnold Bregt from Wageningen University suggested this term). Since then, the development of hydraulic PTFs has become a boom research topic, first in the US and Europe, South America, Australia and all over the world. Although most PTFs have been developed to predict soil hydraulic properties, they are not restricted to hydraulic properties. PTFs for estimating soil physical, mechanical, chemical and biological properties have also been developed.
С введением концепций полевой влагоемкости (FC) и точки постоянного увядания (PWP) Фрэнком Вейхмайером и Артуром Хендриксеном (1927), исследования в период с 1950 по 1980 год были направлены на установление взаимосвязи между распределением частиц по размерам, объемной плотностью и содержанием органического вещества с содержанием воды при полевой влагоемкости (FC), точке постоянного увядания (PWP) и доступной влагоемкости (AWC). В 1960-х годах различные работы были посвящены оценке FC, PWP и AWC, особенно серия работ Salter и Williams (1965 и т.д.). Они исследовали взаимосвязи между классами текстуры и доступной влагоемкостью, которые теперь известны как PTF для классов текстуры. Они также разработали функции, связывающие распределение частиц по размерам с AWC, которые теперь известны как непрерывные PTF. Они утверждали, что их функции могут предсказывать AWC со средней точностью 16%. В 1970-х годах были проведены более масштабные исследования с использованием больших баз данных. Ярким примером является исследование Hall et al. (1977) почвы в Англии и Уэльсе, в котором была установлена зависимость полевой влагоемкости, точки постоянного увядания, доступного содержания воды и воздушной емкости от класса текстуры, а также получены непрерывные функции для оценки этих водно-физических свойств почвы. В США Gupta и Larson (1979) разработали 12 функций, связывающих распределение частиц по размерам и содержание органического вещества с содержанием воды при потенциалах от 4 кПа до 1500 кПа. С развитием моделей, описывающих гидравлические свойства почвы, и компьютерного моделирования движения воды и растворенных веществ в почве, потребность в гидравлических свойствах в качестве входных данных для этих моделей стала более очевидной. Clapp и Hornberger (1978) получили средние значения параметров степенной функции кривой удержания воды, сорбционной способности и насыщенной гидравлической проводимости для различных классов текстуры. В, вероятно, первом исследовании такого рода, Bloemen (1977) вывел эмпирические уравнения, связывающие параметры гидравлической модели Брукса и Кори с распределением частиц по размерам. Jurgen Lamp и Kneib (1981) из Германии ввели термин «педофункция», а Bouma и van Lanen (1986) использовали термин «передаточная функция». Чтобы избежать путаницы с термином «передаточная функция», используемым в физике почвы и многих других дисциплинах, Johan Bouma (1989) позже назвал ее «педопередаточной функцией» (pedotransfer function). (Личный рассказ указывает на то, что Арнольд Брегт из Университета Вагенингена предложил этот термин). С тех пор разработка гидравлических PTF стала активно развивающейся областью исследований, сначала в США и Европе, затем в Южной Америке, Австралии и по всему миру. Хотя большинство PTF были разработаны для прогнозирования гидравлических свойств почвы, их применение не ограничивается только ими. Также были разработаны PTF для оценки физических, механических, химических и биологических свойств почвы.
Wilting coefficient = 0.01 sand + 0.12 silt + 0.57 clay
With the introduction of the field capacity (FC) and permanent wilting point (PWP) concepts by Frank Veihmeyer and Arthur Hendricksen (1927), research during the period 1950 1980 attempted to correlate particle size distribution, bulk density and organic matter content with water content at field capacity (FC), permanent wilting point (PWP), and available water capacity (AWC). In the 1960s various papers dealt with the estimation of FC, PWP, and AWC, notably in a series of papers by Salter and Williams (1965 etc.). They explored relationships between texture classes and available water capacity, which are now known as class PTFs. They also developed functions relating the particle size distribution to AWC, now known as continuous PTFs. They asserted that their functions could predict AWC to a mean accuracy of 16%. In the 1970s more comprehensive research using large databases was developed. A particularly good example is the study by Hall et al. (1977) from soil in England and Wales; they established field capacity, permanent wilting point, available water content, and air capacity as a function of textural class, and as well as deriving continuous functions estimating these soil water properties. In the USA, Gupta and Larson (1979) developed 12 functions relating particle size distribution and organic matter content to water content at potentials ranging from 4 kPa to 1500 kPa. With the flourishing development of models describing soil hydraulic properties and computer modelling of soil water and solute transport, the need for hydraulic properties as inputs to these models became more evident. Clapp and Hornberger (1978) derived average values for the parameters of a power function water retention curve, sorptivity and saturated hydraulic conductivity for different texture classes. In probably the first research of its kind, Bloemen (1977) derived empirical equations relating parameters of the Brooks and Corey hydraulic model to particle size distribution. Jurgen Lamp and Kneib (1981) from Germany introduced the term pedofunction, while Bouma and van Lanen (1986) used the term transfer function. To avoid confusion with the term transfer function used in soil physics and in many other disciplines, Johan Bouma (1989) later called it pedotransfer function. (A personal anecdote hinted that Arnold Bregt from Wageningen University suggested this term). Since then, the development of hydraulic PTFs has become a boom research topic, first in the US and Europe, South America, Australia and all over the world. Although most PTFs have been developed to predict soil hydraulic properties, they are not restricted to hydraulic properties. PTFs for estimating soil physical, mechanical, chemical and biological properties have also been developed.
Системы определения почвы
МакБратни и др. (2002) представили концепцию системы почвенных умозаключений SINFERS, в которой педотрансферные функции выступают в качестве правил знаний для механизмов почвенных умозаключений. Система почвенных умозаключений принимает измерения с определенной степенью достоверности (источник) и, используя логически связанные педотрансферные функции (организатор), выводит данные, которые неизвестны, с минимальной погрешностью (предсказатель).