Integrated EMI-GPR surveys can support precision agriculture by monitoring and evaluating the effects of land uses and agricultural management
综合 EMI-GPR 调查可以通过监测和评估土地利用和农业管理的影响来支持精准农业
基本信息
- 批准号:RGPIN-2019-04614
- 负责人:
- 金额:$ 2.26万
- 依托单位:
- 依托单位国家:加拿大
- 项目类别:Discovery Grants Program - Individual
- 财政年份:2021
- 资助国家:加拿大
- 起止时间:2021-01-01 至 2022-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Soil physical properties, thus soil hydrology, varies across the landscape and is altered following land use changes and different agricultural practices. Precision agriculture has become the key to increase the productivity and maintaining the sustainability of agriculture. Ground penetrating radar (GPR) and electromagnetic induction (EMI) methods can be used to assess the spatiotemporal variability of soil properties that will directly or indirectly effect on soil hydrology. For achieving this, soil's apparent electrical conductivity (ECa) and radar wave velocity (RWv) will be used through integrated EMI?GPR. However, estimating soil properties using traditional methods is expensive, labor-intensive, and time-consuming and provides point information only, which hinder any rapid response management activities. A potential way to acquire information at field-scale is by noninvasive mapping of easily recordable and reproducible physical variables such as ECa using the EMI and RWv using the GPR that correlate with relevant soil properties. The application of the integrated EMI-GPR methods for estimating the spatiotemporal variability soil properties are unique in boreal ecosystems and will aid in the development of new scientific knowledge for sustainable management of land and water resources. In this research, combined multi-coil and multi-frequency EMI sensors integrated with GPR using different frequencies will be correlated with fundamental soil properties. The proposed research will address key research gaps regarding the understanding of the effects of different land uses and agronomic practices for supporting precision agriculture. Development of protocols and guidelines for conducting ECa surveys using combined EMI sensors integrated with GPR will help to monitor the spatial variability of soil properties across different landscapes rapidly. Thus, correct soil, water and nutrient management decisions can be decided in supporting precision agriculture. Objectives of the research are to: (a) allocate ECa data to stable soil relatively stable soil properties and generate regression models using measured data; (b) obtain variable soil parameters to reveal hydrological processes such as water holding capacity, water repellency and infiltration capacity by means of time-lapse EMI; (c) evaluate the accuracy of two different EMI sensors and their exploration depths for predicting near-surface soil properties by integrating with GPR measurements and ground truth data; and (d) assess the effects of different land use and agronomic practices on soil properties based on the results from a-c. The integrated EMI-GPR-soil sample information will build the baseline for different management scenarios and concepts. The long-term goal is to generate high-resolution maps of key physical and hydraulic properties in order to assess the effects of different land uses and agronomic practices on soil hydrology, and thus on precision agriculture.
土壤物理性质,即土壤水文学,在不同景观中各不相同,并随着土地利用变化和不同农业实践而改变。精准农业已成为提高生产力、保持农业可持续发展的关键。探地雷达(GPR)和电磁感应(EMI)方法可用于评估直接或间接影响土壤水文的土壤特性的时空变化。为了实现这一目标,将通过集成 EMI?GPR 使用土壤的表观电导率 (ECa) 和雷达波速度 (RWv)。 然而,使用传统方法估计土壤特性是昂贵的、劳动密集型的、耗时的,并且仅提供点信息,这阻碍了任何快速响应管理活动。获取现场规模信息的一种潜在方法是通过非侵入性绘制易于记录和可重复的物理变量,例如使用 EMI 的 ECa 和使用与相关土壤特性相关的 GPR 的 RWv。应用综合 EMI-GPR 方法来估计土壤特性的时空变化在北方生态系统中是独一无二的,将有助于开发新的科学知识以实现土地和水资源的可持续管理。在这项研究中,使用不同频率与探地雷达集成的组合多线圈和多频率 EMI 传感器将与基本土壤特性相关。拟议的研究将解决在理解不同土地利用和农艺实践对支持精准农业的影响方面的关键研究空白。制定使用与 GPR 集成的组合 EMI 传感器进行 ECa 调查的协议和指南将有助于快速监测不同景观中土壤特性的空间变化。因此,可以做出正确的土壤、水和养分管理决策来支持精准农业。研究目标是:(a)将ECa数据分配给稳定土壤相对稳定的土壤性质,并利用测量数据生成回归模型; (b) 通过延时 EMI 获取可变土壤参数,以揭示水文过程,例如持水能力、防水性和渗透能力; (c) 通过与探地雷达测量和地面真实数据相结合,评估两种不同的 EMI 传感器及其勘探深度预测近地表土壤特性的准确性; (d) 根据 a-c 的结果评估不同土地利用和农艺做法对土壤性质的影响。集成的 EMI-GPR-土壤样本信息将为不同的管理场景和概念建立基线。长期目标是生成关键物理和水力特性的高分辨率地图,以评估不同土地利用和农艺实践对土壤水文的影响,从而评估精准农业的影响。
项目成果
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