基于SPSS软件对水稻育秧土水分测定结果的拟合和修正

张士兵，汪春，张欣悦，李连豪

（黑龙江八一农垦大学工程学院，大庆163319）

育秧土水分又称育秧土含水率、育秧土湿度，它是衡量育秧土含水多少的一种数量概念，其含量的高低直接影响水稻播土机的播土均匀性和播土质量。烘干法是当前测定土壤含水量最常用的一种方法，它简单易行，有足够的精度，是土壤水分测定的基本方法，也是检验其他方法与其对比的基础[1]，但烘干法测定过程烦冗，费事费时，测量周期长，一般至少5～6 h，通常需要24 h，这给测量带来不便。TK100多功能水分测定仪测量育秧土水分具有快速直读、操作简单、携带方便、仪器价格低廉的优点，缺点是测量值需要修正。将TK100多功能水分测定仪和烘干法测定结果进行对比和数学处理，以找出一个最合适、最逼近于实际测量数据的数学模型，从而通过TK100多功能水分测定仪和数学模型来代替传统烘干箱直接读出育秧土含水率，简化了实际育秧土水分测量操作过程，节省大量时间。

1 材料与方法

1.1 水分测定原理

1.1.1 TK100多功能水分测定仪工作原理

电阻法，温度补偿技术。轻按一下电源键开机，屏幕上显示零，测量符号显示在屏幕的左下角；如果屏幕上显示不为零，则需要校零。校零时，探针必须悬空，按校零键完成校零。手握仪器，将测量探针垂直插入被测物体内，待数字稳定后显示的数值则为该物体的被测值。

1.2 烘干法测定原理

取土样放入烘箱，在105～110℃恒温的烘箱中进行加热干燥，直至其质量不再变化时为止，此时土壤水分中自由态水以蒸汽形式全部散失掉，再称重，从而获得土壤含水率[2]。含水率计算公式

式中：H为含水率，%；h为样品质量，g；h1为烘干后样品的质量，g。

1.3 主要试验仪器

TK100多功能水分测定仪（分辨率0.1，青岛拓科仪器有限公司），DGG-9030B型电热恒温鼓风干燥箱（上海森信实验仪器有限公司），电子天平（感量为0.001 g，上海民桥精密科学仪器有限公司），喷壶，孔径为10mm的筛网（孔径10 mm）。

1.4 样品处理

供试土壤采自黑龙江八一农垦大学农学院水稻育秧黑土（土壤基本理化性质如表1），经过10 mm筛，剔除石块、根茎，风干后供试验用。

表1 供试土壤粒径分布Table1 Particle size distribution of the tested soil

1.5 试验方法

运用加水拌土的方法获得所需含水率的湿土样。按照一定的体积质量计算出所需土样的质量，将干土样平铺在托盘内，用喷壶均匀的加一定量的去离子水湿润，然后混合均匀，放入密封袋中充分平衡[3]。平衡6～8 h以后，将湿土样放置在室外环境下自然风干，每隔一段时间取一次土，将所取得土壤均匀的分成3份，装入密封袋中，拿到实验室先用TK100多功能水分测定仪读取水分含率（重复3次，取平均值），然后放入烘箱进行烘干，计算出土壤实际含水率。

2 结果与分析

2.1 试验结果如表2

表2 TK 100多功能的水分测定仪和烘干法测得土壤含水率Table2 Measured moisture contentby TK100multi-functionalmoisturemeter and drying

2.2 分析方法

2.2.1 变量设置

设自变量x为TK100多功能水分测定仪测得土壤含水率，因变量y为烘干法测得土壤含水率。

2.2.2 曲线拟合

对于这2个变量x和y，通过SPSS软件的曲线拟合（Curve fitting）求出相应的曲线回归（Curvilinear regression）方程[4]。研究选取3种曲线，直线模型（Linear）、二次方曲线模型（Quadratic）、三次方曲线模型（Cubic curve）。对求出的相应曲线方程、相关系数R、回归显著性检验的F值以及F值的显著水平P值等进行对比，从中找出最佳的拟合函数方程，并用图形表示TK100多功能水分测定仪测得土壤含水率与烘干法测得土壤含水率之间关系。

表3 曲线拟合参数表Table3 Curve fitting parameter table

由表3可知，二次方程和三次曲线方程的相关系数R分别为0.995和0.996，均大于0.96，也大于直线方程。两者中，又以三次曲线方程为最高。F值分别达598.503和410.041，也大于直线方程，其中二次曲线最高。P值均为0.000（设P=0.05为显著水平标准，P=0.01为极显著水平标准），故两曲线具有极显著相关性。这些说明了二次曲线和三次曲线对观察数据的拟合回归，具有极好的拟合性[5]。但由于二曲线方程的F值明显高于三次曲线，因此选取二次曲线方程为试验的拟合方程，如图1。

3 验证试验

3.1 验证方法

将验证试验中TK多功能水分测定仪测得含水率作为x带入曲线拟合方程y=2.84-0.05x+0.007 25x2，求出y值，即拟合函数计算出的含水率。通过SPSS软件，对拟合函数计算出的含水率与烘干法测定的含水率进行配对t检验。验证试验数据如表4。

表4 不同含水率对比表Table4 Contrast table of differentmoisture content

3.2 数据分析

操作步骤Analyze→Compare-Means→Paired-Samples TTest[6]，Paired Variables框选入：拟合函数计算出的含水率及烘干箱测得含水率，然后单击Options按钮，在弹出的对话框设置检验时采用的置信度为95%，单击OK按钮完成。数据分析结果见表5。

表5 拟合函数计算出的含水率及烘干法测得含水率配对样本t检验Table5 Paired-samples t testbetweenmoisture contentby the fitting function calculating and thatof drying

配对检验结果表明t为-0.06，自由度为9，两尾检验差异显著性水平为0.996，因为Sig.＞0.05，所以表明拟合函数计算出的含水率和烘干法测得水含水率无显著差异。以上说明拟合函数通过验证，拟合函数拟合准确。

4 结论

利用SPSS21.0软件对本育秧土水含水率测定试验拟合出TK100多功能水分测定仪和烘干箱测量结果之间的曲线方程：y=2.84-0.05x+0.007 25x2，并且在验证试验中，该曲线方程计算出的含水率和烘干法测得的含水率配对t检验表明，拟合出的曲线方程恰当、准确。因此在今后的育秧土水分测定试验中，可以通过TK100多功能水分测定仪和曲线方程来代替传统烘干法直接读出育秧土含水率，简化实验操作过程，具有实际意义。探寻出一种新的水分测量方法[7-8]，为今后水分测量研究提供参考。

[1]时新玲，王国栋.土壤含水量测定方法研究进展[J].中国农村水利水电，2003（10）：84-85.

[2]刘永岗，王日鑫，李学哲.土壤水分测定三种方法的比较[J].中国农学通报，2006，22（2）：110-111.

[3]李子忠，郑茹梅，龚元石，等.时域反射仪对水分非均匀分布土壤含水率的测定[J].农业工程学报，2010，23（11）：19-20.

[4]韦秉兴，李国军，唐正怡，等.敌敌畏对“两广二号”家蚕安全间隔期的拟合曲线方程分析[J].广西蚕业，2008，45（2）：18-19.

[5]苏全明，傅荣华，周建斌，等.统计软件SPSS forWindows实用指南[M].北京：电子工业出版社，2000.

[6]王颉.试验设计与SPSS应用[M].北京：化学工业出版社，2007.

[7]甘龙辉.基于高频电磁波的谷物水分测量研究[D].大庆：黑龙江八一农垦大学，2013.

[8]张之一.黑龙江省土壤开垦后土壤有机质含量的变化[J].黑龙江八一农垦大学学报，2010，22（1）：1-4.