土壤屬性的高光譜遙感方法研究.pdf

1、土壤的有機(jī)質(zhì)含量以及砂粒粉粒和粘粒含量屬性是進(jìn)行生態(tài)、水文以及陸面過(guò)程研究中模型的重要輸入?yún)?shù)。但是傳統(tǒng)的對(duì)土壤屬性的實(shí)驗(yàn)室測(cè)定分析方法，費(fèi)用高，費(fèi)時(shí)，采樣過(guò)程對(duì)生態(tài)環(huán)境具有破壞性。而且因?yàn)橥寥缹傩跃哂泻軓?qiáng)的空間異質(zhì)性，對(duì)于大區(qū)域的土壤屬性的調(diào)查是一個(gè)比較困難的問(wèn)題。20世紀(jì)80年代高光譜分辨率光譜儀的出現(xiàn)，為土壤屬性的研究提供了新手段。它具有快速、實(shí)時(shí)，非破壞性，簡(jiǎn)單，而且費(fèi)用低等特點(diǎn)，正好填補(bǔ)了傳統(tǒng)方法的不足。
　　 本論文

2、通過(guò)文獻(xiàn)綜述，在土壤屬性高光譜研究理論基礎(chǔ)的支持下，分析了黑河上游土壤的反射光譜特征以及土壤有機(jī)質(zhì)和質(zhì)地對(duì)反射率的影響。本論文重點(diǎn)對(duì)土壤反射率進(jìn)行不同的預(yù)處理之后，采用PLS方法研究了與全氮、有機(jī)質(zhì)、砂粒、粉粒、粘粒含量的關(guān)系和對(duì)其預(yù)測(cè)研究的效果進(jìn)行了研究，以了解黑河流域土壤的反射光譜特性，尋求可見(jiàn)光-近紅外波段對(duì)預(yù)測(cè)每種土壤屬性的最佳反射率預(yù)處理方式以及最適合每種土壤屬性研究的波段范圍，并探索遺傳算法用于土壤屬性研究最佳波段選擇的適用

3、性。本論文的研究得到以下結(jié)果：
　　 1)植被覆蓋為陽(yáng)坡草地和云杉林的土壤在600～800nm波段范圍比灌叢林土壤的反射率要低，但從900nm開(kāi)始其反射率上升的比較快。土壤反射光譜的吸收峰主要表現(xiàn)在1414nm、1919nm、2210和2350nm，經(jīng)過(guò)包絡(luò)線(xiàn)處理之后，在420nm、490nm、540nm、660nm和900nm又表現(xiàn)出明顯氧化鐵的吸收峰。
　　 2)通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，土壤有機(jī)質(zhì)含量對(duì)反射率影響最大的是600

4、～800nm波段，并以有機(jī)質(zhì)含量20g/kg為界，有機(jī)質(zhì)含量小于20g/kg，則在600～800nm表現(xiàn)出明顯的陡坎狀凸起。土壤反射率隨著砂粒含量的減少以及粉粒含量的增加而升高，在1300～2500nm波段，土壤的反射率隨著粘粒含量的增加而降低。
　　 3)我們的研究結(jié)果表明，高光譜遙感完全可以用于土壤的全氮和有機(jī)質(zhì)含量的研究，其精度完全能滿(mǎn)足要求，而且無(wú)論對(duì)反射率做與不做預(yù)處理，都能得到滿(mǎn)意的效果。不過(guò)進(jìn)行一定的處理之后，效果

5、更佳，尤其是進(jìn)行倒數(shù)處理(1/R)的效果最好，且最適合的波段為400～800nm波段，尤其是以600nm為中心的波段最佳。
　　 4)雖然對(duì)土壤砂粒和粉粒的研究結(jié)果不理想，但是還能發(fā)現(xiàn)對(duì)土壤砂粒和粉粒的研究只需對(duì)反射率進(jìn)行求導(dǎo)和平滑處理就可以，且最佳波段位于以500nm和600nm為中心的波段較窄波段。
　　 5)但是本文在400～1300nm波段，土壤反射率的五種預(yù)處理方式和粘粒含量的相關(guān)性都很小，其相關(guān)系數(shù)都小于0.

6、3，且偏最小二乘方法對(duì)其含量的預(yù)測(cè)研究是失敗的。
　　 6)通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)研究的偏最小二乘建模之前，利用遺傳算法進(jìn)行波段選擇，可以改善模型的預(yù)測(cè)結(jié)果，降低預(yù)測(cè)誤差。也就是說(shuō)遺傳算法可以用于沒(méi)有明顯吸收特征的土壤屬性研究之前的波段選擇。
　　 7).本文的研究表現(xiàn)了高光譜遙感在土壤屬性研究中的潛力?？梢猿浞职l(fā)揮高光譜遙感的優(yōu)勢(shì)，利用目前的高光譜遙感影像，例如AVIRIS、Hymap、Hyperion等，對(duì)西北