基于高光譜技術(shù)的鹽漬化土壤水鹽含量估測研究.pdf

1、土壤鹽漬化是最常見的土地退化過程，自然因素和人類不合理的使用使得土壤鹽漬化、次生鹽漬化問題突出，對環(huán)境構(gòu)成風(fēng)險。新疆屬于典型的干旱半干旱地區(qū)，由于溫度高、降雨稀少，土壤蒸發(fā)強(qiáng)烈，土壤中鹽分隨水分蒸發(fā)帶到地表，水分變成水蒸氣進(jìn)入了空氣，而大量鹽分在土壤表層累積，形成鹽漬化土壤。鹽漬化土壤不僅低產(chǎn)、低肥、作物存活率低而且可持續(xù)利用差，因此，對土壤實行鹽漬化監(jiān)測是十分必要的。傳統(tǒng)的監(jiān)測方法不僅需要大量的人力、物力、財力得出的結(jié)果既表面又不具有

2、代表性，隨著高光譜技術(shù)的誕生和發(fā)展逐漸彌補(bǔ)了這些缺陷。本文以新疆典型鹽漬化灌區(qū)為研究對象，運用便攜式高光譜儀獲取了不同質(zhì)地的土壤水鹽含量和八大離子含量的光譜曲線，采用一階微分、二階微分、連續(xù)統(tǒng)去除的數(shù)據(jù)處理方法對土壤原始光譜進(jìn)行變換，研究利用高光譜技術(shù)同步獲取鹽漬化土壤水分、鹽分和八大離子的含量。主要結(jié)論如下：
　?。?）從不同水分含量梯度看，兩種質(zhì)地的土壤的高光譜反射率均隨水分含量的升高呈現(xiàn)下降趨勢且砂土的反射率變化幅度明顯大于

3、壤土；從不同鹽分含量來看，隨著鹽分含量的增加兩種質(zhì)地的高光譜反射率大體呈現(xiàn)增加趨勢；從不同水鹽含量梯度來看，原始的水鹽高光譜反射率與水鹽含量并沒有表現(xiàn)出明顯的相關(guān)性。
　?。?）原始水鹽光譜數(shù)據(jù)經(jīng)過一階微分、二階微分和連續(xù)統(tǒng)去除處理后相關(guān)系數(shù)均得到明顯提高，但對于不同水鹽含量的原始光譜三種數(shù)據(jù)處理后的相關(guān)系數(shù)的增加幅度具有顯著差異。在壤土中，0％含水量和10%含水量的水鹽光譜曲線經(jīng)過連續(xù)統(tǒng)去除，15%含水量的水鹽光譜曲線采取一階微

4、分、19%含水量水鹽光譜曲線經(jīng)過二階微分后更有利于相關(guān)系數(shù)的提高。而在砂土中，0%含水量的水鹽光譜曲線通過連續(xù)統(tǒng)去除，10%含水量、15%含水量、19%含水量的水鹽光譜曲線則經(jīng)過二階微分處理后的相關(guān)系數(shù)更顯著的增加。
　?。?）選取一階微分、二階微分和連續(xù)統(tǒng)去除后的顯著波段建立了多元線性回歸模型，當(dāng)壤土含鹽量<6.38 mS/cm時對其的水分預(yù)測模型的R2分別為0.85、0.91、0.89、0.93、0.71，砂土含鹽量<7.45

5、 mS/cm時對其的水分預(yù)測模型的R2分別為0.83、0.95、0.87、0.80、0.74、0.78，達(dá)到顯著相關(guān)；在不同水分的鹽分預(yù)測模型中，壤土含水量<12%時對其鹽分含量預(yù)測的R2分別為0.89、0.92、0.82、0.73，砂土含水量<16%時對其鹽分含量預(yù)測的R2分別為0.82、0.90、0.78、0.86、0.68，達(dá)到顯著相關(guān)；在水鹽同步預(yù)測模型中，含水量<10%，含鹽量<5.83 mS/cm時壤土水鹽含量同步預(yù)測的R2

6、達(dá)到0.84，砂土含水量<13%，含鹽量<7.45 mS/cm時，水鹽含量同步預(yù)測R2為0.90，有較好的預(yù)測結(jié)果。
　　（4）鹽漬土土壤中陰離子中含量最高的是 Cl-，占總陰離子的百分比為51.21%，其次是SO42-、HCO3-，分別占陰離子總量的45.86%和2.93%；在陽離子中，含量最高的是Na+，占陽離子總量的60.51%，其次是K+、Ca2+和Mg2+，占陽離子總量的24.87%、13.74%和0.88%。說明該地區(qū)

7、土壤類型為硫酸鹽-氯化物鹽土。對原始鹽分離子與光譜反射率進(jìn)行相關(guān)性分析表明原始七個離子的原始相關(guān)系數(shù)與光譜反射率并沒有顯現(xiàn)出良好的相關(guān)性，因此對其進(jìn)行了一階、二階微分和連續(xù)統(tǒng)去除的處理，結(jié)果表明，K+、Na+、Cl-、HCO3-、Ca2+、Mg2+通過連續(xù)統(tǒng)去除后、SO42-一階微分處理后更有利于敏感波段的提取。采用一階微分、二階微分和連續(xù)統(tǒng)去除處理后的七大離子敏感波段分別建立多元線性回歸模型，在模型中 SO42-、HCO3-、Cl-、