基于高光譜數(shù)據(jù)的博斯騰湖西岸湖濱綠洲土壤剖面土壤鹽分反演.pdf

1、土壤剖面不同發(fā)生層蘊(yùn)含著豐富的鹽分變化、遷移、聚類(lèi)信息，建立土壤剖面鹽分的高光譜反射率預(yù)測(cè)模型可對(duì)定量化治理、監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)土壤剖面鹽分提供一定的參考。以博斯騰湖西岸湖濱綠洲為研究區(qū)，確定檉柳地、耕地、未利用地、林地和蘆葦?shù)匚宸N典型地表覆被土壤剖面（0～100cm），按照土壤剖面鹽分含量聚類(lèi)特征劃分土壤鹽分剖面類(lèi)型，對(duì)土壤鹽分剖面進(jìn)行基層劃分，并對(duì)不同基層土壤進(jìn)行鹽漬化等級(jí)和鹽漬土類(lèi)型劃分，采用描述統(tǒng)計(jì)法對(duì)比分析不同基層鹽分特征和高光譜反射

2、率變化特征。對(duì)經(jīng)過(guò)預(yù)處理和經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EMD）去噪的土壤高光譜原始反射率進(jìn)行一階微分、二階微分、對(duì)數(shù)以及倒數(shù)的對(duì)數(shù)四種數(shù)學(xué)增強(qiáng)。提取土壤剖面鹽分含量、Ca2+含量、Mg2+含量、Na++K+含量、SO42-含量、CL-含量與原始高光譜反射率以及增強(qiáng)后高光譜反射率相關(guān)性最大波段作為最優(yōu)波段，以最優(yōu)波段為預(yù)測(cè)變量，采用偏最小二乘回歸分析法(PLSR)建立鹽分含量、Ca2+含量、Mg2含量+、Na++K+含量、SO42-含量的高光譜反射率預(yù)

3、測(cè)模型（預(yù)測(cè)模型均通過(guò)置信度大于95％的F檢驗(yàn)），并對(duì)模型精度進(jìn)行檢驗(yàn)和樣區(qū)應(yīng)用，初步建立檉柳地、耕地、未利用地、林地和蘆葦?shù)匚宸N地表覆被土壤剖面波譜庫(kù)。論文結(jié)論包括以下四個(gè)方面：
　?。?）按照土壤剖面鹽分含量聚類(lèi)特征將檉柳地和未利用地土壤鹽分剖面劃分為表聚型，耕地、林地和蘆葦?shù)赝寥利}分剖面劃分為平均型。對(duì)不同地表覆被土壤鹽分剖面按照有效土層厚度以數(shù)字1、2、3、4、5命名超薄層土1、超薄層土2、薄層土、中層土和厚層土五個(gè)基層，

4、分別使用大寫(xiě)英文字母T、F、W、L、P對(duì)檉柳地、耕地、未利用地、林地和蘆葦?shù)剡M(jìn)行命名，按照鹽漬化等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)T1和W1鹽漬化等級(jí)為中鹽化，W2和P1鹽漬化等級(jí)為弱鹽化，其它基層均為極輕，按照鹽漬土類(lèi)型標(biāo)準(zhǔn)T1和W1為硫酸鹽-氯化物鹽漬化土，占8%，T2、L3、P1為硫酸鹽鹽漬化土，占12%，其它基層土壤鹽漬化類(lèi)型為氯化物-硫酸鹽型，占80%。HCO3-在土壤鹽分剖面中平均每層含量為0.06g/kg，HCO3-含量較??；CL-在土壤鹽分剖面中

5、平均每層含量為0.23g/kg，CL-在檉柳地土壤鹽分剖面中含量較大且垂直變異性較顯著，平均每層含量為0.39g/kg，垂直變異系數(shù)為113.03%；SO42-在檉柳地土壤鹽分剖面中含量最大，平均每層含量為0.79g/kg；Ca2+和Mg2+在檉柳地土壤鹽分剖面中含量較高，平均每層含量分別為0.15g/kg和0.08g/kg，變異系數(shù)分別為52.40%和66.28%；Na++K+在檉柳地鹽分剖面中含量最大，平均每層含量為1.01g/kg

6、，變異系數(shù)為59.51%。
　?。?）檉柳地土壤剖面反射率在350～1800nm波段范圍內(nèi)T2反射率最高，T3反射率最低，在1900～2500nm波段范圍內(nèi)T3反射率最高，T1反射率最低。耕地土壤剖面反射率特征表現(xiàn)為：350～1800nm波段范圍內(nèi)差異較小，在1900～2500nm波段范圍內(nèi)F2反射率最高，F(xiàn)5反射率最小。未利用地土壤剖面反射率特征表現(xiàn)為：350～1800nm波段范圍內(nèi)W5反射率最大，W2反射率最小，在1900～2

7、500nm波段范圍W4反射率最高，W3和W1反射率均較低。蘆葦?shù)赝寥榔拭娣瓷渎侍卣鞅憩F(xiàn)為：在350～1800nm波段范圍內(nèi)，P1反射率最大，P5反射率最小，在1900～2500nm波段范圍內(nèi)，P2反射率最大，P4反射率最小。林地土壤剖面反射率特征表現(xiàn)為：在350～1800nm范圍內(nèi)，反射率整體差異較小，在1900～2500nm波段范圍內(nèi)L3反射率最高，L4反射率最小。T2、L3和P1均為硫酸鹽鹽漬化土，在檉柳地、林地、蘆葦?shù)刂脖煌寥婪瓷?/p>

8、率中均表現(xiàn)為350～1800nm波段范圍內(nèi)反射率最高，T1和W1均為硫酸鹽-氯化物鹽漬化土，在檉柳地和未利用地植被土壤反射率中表現(xiàn)為1900～2500nm波段范圍內(nèi)反射率最小。
　?。?）采用偏最小二乘回歸分析法建立土壤剖面鹽分含量、Ca2+含量、Mg2+含量、Na++K+含量、SO42-含量的高光譜反射率回歸模型。
　　Ca2+含量預(yù)測(cè)模型表達(dá)式為Y=0.151-31.091R(490)+22.829R(500)-1.54

9、4R(510)-1.344R(520)-18.815R(530)+33.176R(840)（R2=0.91，RMSE=0.23）；
　　Mg2+預(yù)測(cè)模型表達(dá)式為Y=-0.061-1.921R(660)+1.032R(670)+6.117R(690)-6.834R(700)+2.345R(730)-0.684R(780)（R2=0.89，RMSE=0.18）；
　　SO42-預(yù)測(cè)模型Y=0.064-13.388R(1150)+

10、38.61R(1180)+3.884R(1190)-35.105R(1230)-53.14R(1240)+59.598R(1260)（R2=0.85，RMSE=0.26）；
　　Na++K+含量預(yù)測(cè)模型為Y=0.046-23.489R(1690)+24.294R(1720)+4.342R(1730)+19.988R(1750)-20.202R(1760)-4.406R(1770)（R2為0.79，RMSE=0.31）；
　　

11、鹽分含量預(yù)測(cè)模型為Y=-0.294+74.427R(1610)-129.135R(1650)+45.701R(1660)-54.053R(1670)+59.247R(1680)+6.179R(1700)（R2=0.81，RMSE=0.31）。
　?。?）土壤剖面鹽分含量、Ca2+、Mg2+、Na++K+、SO42-高光譜反射率回歸模型預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值均存在線(xiàn)性相關(guān)，判定系數(shù)R2分別為0.63、0.80、0.74、0.78和0.71，