基于SPSS軟件對(duì)水稻育秧土水分測(cè)定結(jié)果的擬合和修正

張士兵，汪春，張欣悅，李連豪

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)工程學(xué)院，大慶163319）

育秧土水分又稱育秧土含水率、育秧土濕度，它是衡量育秧土含水多少的一種數(shù)量概念，其含量的高低直接影響水稻播土機(jī)的播土均勻性和播土質(zhì)量。烘干法是當(dāng)前測(cè)定土壤含水量最常用的一種方法，它簡(jiǎn)單易行，有足夠的精度，是土壤水分測(cè)定的基本方法，也是檢驗(yàn)其他方法與其對(duì)比的基礎(chǔ)[1]，但烘干法測(cè)定過(guò)程煩冗，費(fèi)事費(fèi)時(shí)，測(cè)量周期長(zhǎng)，一般至少5～6 h，通常需要24 h，這給測(cè)量帶來(lái)不便。TK100多功能水分測(cè)定儀測(cè)量育秧土水分具有快速直讀、操作簡(jiǎn)單、攜帶方便、儀器價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是測(cè)量值需要修正。將TK100多功能水分測(cè)定儀和烘干法測(cè)定結(jié)果進(jìn)行對(duì)比和數(shù)學(xué)處理，以找出一個(gè)最合適、最逼近于實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)模型，從而通過(guò)TK100多功能水分測(cè)定儀和數(shù)學(xué)模型來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)烘干箱直接讀出育秧土含水率，簡(jiǎn)化了實(shí)際育秧土水分測(cè)量操作過(guò)程，節(jié)省大量時(shí)間。

1 材料與方法

1.1 水分測(cè)定原理

1.1.1 TK100多功能水分測(cè)定儀工作原理

電阻法，溫度補(bǔ)償技術(shù)。輕按一下電源鍵開(kāi)機(jī)，屏幕上顯示零，測(cè)量符號(hào)顯示在屏幕的左下角；如果屏幕上顯示不為零，則需要校零。校零時(shí)，探針必須懸空，按校零鍵完成校零。手握儀器，將測(cè)量探針垂直插入被測(cè)物體內(nèi)，待數(shù)字穩(wěn)定后顯示的數(shù)值則為該物體的被測(cè)值。

1.2 烘干法測(cè)定原理

取土樣放入烘箱，在105～110℃恒溫的烘箱中進(jìn)行加熱干燥，直至其質(zhì)量不再變化時(shí)為止，此時(shí)土壤水分中自由態(tài)水以蒸汽形式全部散失掉，再稱重，從而獲得土壤含水率[2]。含水率計(jì)算公式

式中：H為含水率，%；h為樣品質(zhì)量，g；h1為烘干后樣品的質(zhì)量，g。

1.3 主要試驗(yàn)儀器

TK100多功能水分測(cè)定儀（分辨率0.1，青島拓科儀器有限公司），DGG-9030B型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司），電子天平（感量為0.001 g，上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司），噴壺，孔徑為10mm的篩網(wǎng)（孔徑10 mm）。

1.4 樣品處理

供試土壤采自黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院水稻育秧黑土（土壤基本理化性質(zhì)如表1），經(jīng)過(guò)10 mm篩，剔除石塊、根莖，風(fēng)干后供試驗(yàn)用。

表1 供試土壤粒徑分布Table1 Particle size distribution of the tested soil

1.5 試驗(yàn)方法

運(yùn)用加水拌土的方法獲得所需含水率的濕土樣。按照一定的體積質(zhì)量計(jì)算出所需土樣的質(zhì)量，將干土樣平鋪在托盤(pán)內(nèi)，用噴壺均勻的加一定量的去離子水濕潤(rùn)，然后混合均勻，放入密封袋中充分平衡[3]。平衡6～8 h以后，將濕土樣放置在室外環(huán)境下自然風(fēng)干，每隔一段時(shí)間取一次土，將所取得土壤均勻的分成3份，裝入密封袋中，拿到實(shí)驗(yàn)室先用TK100多功能水分測(cè)定儀讀取水分含率（重復(fù)3次，取平均值），然后放入烘箱進(jìn)行烘干，計(jì)算出土壤實(shí)際含水率。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果如表2

表2 TK 100多功能的水分測(cè)定儀和烘干法測(cè)得土壤含水率Table2 Measured moisture contentby TK100multi-functionalmoisturemeter and drying

2.2 分析方法

2.2.1 變量設(shè)置

設(shè)自變量x為T(mén)K100多功能水分測(cè)定儀測(cè)得土壤含水率，因變量y為烘干法測(cè)得土壤含水率。

2.2.2 曲線擬合

對(duì)于這2個(gè)變量x和y，通過(guò)SPSS軟件的曲線擬合（Curve fitting）求出相應(yīng)的曲線回歸（Curvilinear regression）方程[4]。研究選取3種曲線，直線模型（Linear）、二次方曲線模型（Quadratic）、三次方曲線模型（Cubic curve）。對(duì)求出的相應(yīng)曲線方程、相關(guān)系數(shù)R、回歸顯著性檢驗(yàn)的F值以及F值的顯著水平P值等進(jìn)行對(duì)比，從中找出最佳的擬合函數(shù)方程，并用圖形表示TK100多功能水分測(cè)定儀測(cè)得土壤含水率與烘干法測(cè)得土壤含水率之間關(guān)系。

表3 曲線擬合參數(shù)表Table3 Curve fitting parameter table

由表3可知，二次方程和三次曲線方程的相關(guān)系數(shù)R分別為0.995和0.996，均大于0.96，也大于直線方程。兩者中，又以三次曲線方程為最高。F值分別達(dá)598.503和410.041，也大于直線方程，其中二次曲線最高。P值均為0.000（設(shè)P=0.05為顯著水平標(biāo)準(zhǔn)，P=0.01為極顯著水平標(biāo)準(zhǔn)），故兩曲線具有極顯著相關(guān)性。這些說(shuō)明了二次曲線和三次曲線對(duì)觀察數(shù)據(jù)的擬合回歸，具有極好的擬合性[5]。但由于二曲線方程的F值明顯高于三次曲線，因此選取二次曲線方程為試驗(yàn)的擬合方程，如圖1。

3 驗(yàn)證試驗(yàn)

3.1 驗(yàn)證方法

將驗(yàn)證試驗(yàn)中TK多功能水分測(cè)定儀測(cè)得含水率作為x帶入曲線擬合方程y=2.84-0.05x+0.007 25x2，求出y值，即擬合函數(shù)計(jì)算出的含水率。通過(guò)SPSS軟件，對(duì)擬合函數(shù)計(jì)算出的含水率與烘干法測(cè)定的含水率進(jìn)行配對(duì)t檢驗(yàn)。驗(yàn)證試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4。

表4 不同含水率對(duì)比表Table4 Contrast table of differentmoisture content

3.2 數(shù)據(jù)分析

操作步驟Analyze→Compare-Means→Paired-Samples TTest[6]，Paired Variables框選入：擬合函數(shù)計(jì)算出的含水率及烘干箱測(cè)得含水率，然后單擊Options按鈕，在彈出的對(duì)話框設(shè)置檢驗(yàn)時(shí)采用的置信度為95%，單擊OK按鈕完成。數(shù)據(jù)分析結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 擬合函數(shù)計(jì)算出的含水率及烘干法測(cè)得含水率配對(duì)樣本t檢驗(yàn)Table5 Paired-samples t testbetweenmoisture contentby the fitting function calculating and thatof drying

配對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果表明t為-0.06，自由度為9，兩尾檢驗(yàn)差異顯著性水平為0.996，因?yàn)镾ig.＞0.05，所以表明擬合函數(shù)計(jì)算出的含水率和烘干法測(cè)得水含水率無(wú)顯著差異。以上說(shuō)明擬合函數(shù)通過(guò)驗(yàn)證，擬合函數(shù)擬合準(zhǔn)確。

4 結(jié)論

利用SPSS21.0軟件對(duì)本育秧土水含水率測(cè)定試驗(yàn)擬合出TK100多功能水分測(cè)定儀和烘干箱測(cè)量結(jié)果之間的曲線方程：y=2.84-0.05x+0.007 25x2，并且在驗(yàn)證試驗(yàn)中，該曲線方程計(jì)算出的含水率和烘干法測(cè)得的含水率配對(duì)t檢驗(yàn)表明，擬合出的曲線方程恰當(dāng)、準(zhǔn)確。因此在今后的育秧土水分測(cè)定試驗(yàn)中，可以通過(guò)TK100多功能水分測(cè)定儀和曲線方程來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)烘干法直接讀出育秧土含水率，簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程，具有實(shí)際意義。探尋出一種新的水分測(cè)量方法[7-8]，為今后水分測(cè)量研究提供參考。

[1]時(shí)新玲，王國(guó)棟.土壤含水量測(cè)定方法研究進(jìn)展[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電，2003（10）：84-85.

[2]劉永崗，王日鑫，李學(xué)哲.土壤水分測(cè)定三種方法的比較[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2006，22（2）：110-111.

[3]李子忠，鄭茹梅，龔元石，等.時(shí)域反射儀對(duì)水分非均勻分布土壤含水率的測(cè)定[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010，23（11）：19-20.

[4]韋秉興，李國(guó)軍，唐正怡，等.敵敵畏對(duì)“兩廣二號(hào)”家蠶安全間隔期的擬合曲線方程分析[J].廣西蠶業(yè)，2008，45（2）：18-19.

[5]蘇全明，傅榮華，周建斌，等.統(tǒng)計(jì)軟件SPSS forWindows實(shí)用指南[M].北京：電子工業(yè)出版社，2000.

[6]王頡.試驗(yàn)設(shè)計(jì)與SPSS應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[7]甘龍輝.基于高頻電磁波的谷物水分測(cè)量研究[D].大慶：黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，2013.

[8]張之一.黑龍江省土壤開(kāi)墾后土壤有機(jī)質(zhì)含量的變化[J].黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，22（1）：1-4.