基于VisNIR高光譜的耕地肥力指標估算及耕地自然質(zhì)量評價.pdf

1、耕地，是土地資源中的精華所在，耕地的質(zhì)量高低直接關(guān)系到人類糧食安全、社會穩(wěn)定和長遠發(fā)展。及時掌握耕地實際狀況，客觀評價耕地質(zhì)量高低，利用先進的技術(shù)方法對復雜的耕地質(zhì)量狀況和土壤狀況進行評價和監(jiān)測，成為一個重要課題?？梢姽饨t外(VisNIR)高光譜技術(shù)具有極高的光譜分辨率，通過對土壤理化性質(zhì)及其光譜響應機理的分析，具備定量獲取土壤參數(shù)的能力，為耕地中土壤組分信息及耕地綜合質(zhì)量信息的有效而精確獲取提供了可能。
　　首先，本文從耕地質(zhì)

2、量中土壤肥力指標入手，針對現(xiàn)有耕地質(zhì)量評定中缺少土壤肥力指標的缺陷，借鑒農(nóng)業(yè)部門耕地地力調(diào)查評價工作成果，引入全氮、有效磷、速效鉀三個指標，對耕地質(zhì)量評定結(jié)果進行修正。修正后耕地自然質(zhì)量指數(shù)與地塊實際產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)R2由0.782提高到0.852，這說明加入土壤肥力指標后的耕地質(zhì)量評價體系比原來農(nóng)用地分等體系更能有效體現(xiàn)地塊尺度上的耕地質(zhì)量。
　　其次，本文引入可見光和近紅外高光譜分析技術(shù)，嘗試從正向和反向兩個角度來解決快速準確獲

3、取耕地組分信息和綜合質(zhì)量信息進而對耕地質(zhì)量快速調(diào)查和評價的問題。正向是指利用高光譜技術(shù)估測土壤機質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀、pH值等肥力指標值，沿用傳統(tǒng)農(nóng)用地分等中多因素加權(quán)求和的思路，計算耕地自然質(zhì)量指數(shù)(AQIG)，從提高耕地信息效率的角度出發(fā)實現(xiàn)對耕地質(zhì)量進行快速評價。在這個過程中文章運用偏最小二乘建模方法，嘗試多種土壤反射率數(shù)據(jù)的處理方式，對比建模效果后發(fā)現(xiàn)土壤有機質(zhì)光譜反射率經(jīng)連續(xù)統(tǒng)去除(CR)變換、全氮經(jīng)過MSC+S.G平滑+

4、二階微分變換、有效磷速效鉀經(jīng)過二階微分變換、pH值經(jīng)過一階微分變換后建模效果和預測效果最佳。反向是指，鑒于土壤光譜數(shù)據(jù)和耕地自然質(zhì)量指數(shù)都是土壤多因素多指標相互作用的結(jié)果，嘗試建立光譜反射率數(shù)據(jù)與耕地質(zhì)量指數(shù)二者之間的數(shù)量模型，直接用土壤反射率數(shù)據(jù)反演耕地自然質(zhì)量指數(shù)(AQIF)。結(jié)果表明對光譜反射率做二階微分后以偏最小二乘法建立光譜反射率與用肥力指標實測值測算出的耕地自然質(zhì)量指數(shù)AQIx的反演模型，建模效果和預測效果最好，R2達到0.

5、94，預測集RPD達到3.64，可以實現(xiàn)對耕地自然質(zhì)量指數(shù)的快速準確估算。耕地自然質(zhì)量指數(shù)的特征波段集中在可見光520-760nm和近紅外800-930nm以及1450，1700-2360nm范圍內(nèi)，這與土壤中有機質(zhì)、全氮速、有效磷、速效鉀和pH的響應波段有一定的重合說明光譜反射率數(shù)據(jù)不僅可以估測土壤中響應組分的含量，也可以用來估算反映耕地質(zhì)量的高低的自然質(zhì)量指數(shù)。
　　最后，對正向反向角度測算出的耕地自然質(zhì)量指數(shù)進行對比分析，發(fā)

6、現(xiàn)利用高光譜數(shù)據(jù)估測土壤肥力指標值計算得到的耕地自然質(zhì)量指數(shù)AQIG與原農(nóng)用地分等中的耕地自然等指數(shù)AQI差值在±400以內(nèi)，絕大部分耕地等別沒有發(fā)生變化，很好的保持了與原分等成果的繼承性。AQIF與地塊實際標準糧產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)達到0.81，要高于原始的耕地質(zhì)量指數(shù)，說明AQIF可以用于耕地質(zhì)量的評價，且效果良好。AQIG與標準糧產(chǎn)量的相關(guān)性最低僅有0.73，這可能是由于不同肥力指標在經(jīng)光譜估測時都會有一定的誤差，尤其是土壤中有效磷含量