基于光譜成像技術(shù)的土壤剖面有機碳的分布估計研究.pdf

1、土壤作為一個動態(tài)的生態(tài)系統(tǒng)，支撐著所有微生物和陸地生物生命循環(huán)和維持人類的生存發(fā)展。對土壤的深入研究也就成為人類長期的必修課。其中土壤屬性的研究對于土壤的不同發(fā)生層、土壤制圖以及土壤的分類等方面都具有重要的意義。傳統(tǒng)的土壤屬性分析方法雖然精確度較高，但是存在著費時、費力等不足的地方。而土壤光譜分析技術(shù)優(yōu)于傳統(tǒng)分析技術(shù)的方面就在于無破壞、低成本、速度快同時還可以反演多種土壤屬性等，光譜成像技術(shù)就是集合了光譜技術(shù)和成像技術(shù)來獲得土壤的圖譜信

2、息，可以用來對較小空間尺度內(nèi)的土壤屬性的連續(xù)分布進行分析。該研究方法為土壤的深入分析和研究提供了新的手段和技術(shù)，有助于提高土壤分類識別能力和豐富土壤標本信息。
　　本文使用三軸向?qū)嶒灴刂破脚_和HeadWall(VNIR400-1000nm和NIR1000-1700nm)成像光譜儀獲得了土壤整段剖面樣本和分層土樣的不同層次、不同粒徑的土壤樣本（分為四種不同粒徑和原狀土壤）的高光譜圖像數(shù)據(jù)。提取土壤樣本的平均光譜且利用平均光譜數(shù)據(jù)和S

3、OC的含量使用PLSR建立SOC估計模型，以此來分析土壤的反射光譜與土壤有機碳的相關(guān)性;然后將模型應用估計了整段剖面的SOC含量分布，分析了不同土壤類型關(guān)鍵屬性的垂直分布模式。本文研究得出的主要結(jié)論如下:
　　1、土壤表面的粗糙度程度與反射光譜反射率值成負相關(guān)。土壤顏色的明度與光譜反射率成正相關(guān)關(guān)系。研究結(jié)果說明隨著剖面層次深度的增加，土壤反射率的值也呈現(xiàn)出增長趨勢，而對兩類土壤樣本進行研究表明，對于水稻土來說，其潛育層(G)的光

4、譜反射曲線與其它層相差比較遠;而對于本研究中的潮土區(qū)別于前一個類型的土壤在于耕作層(A)、雛形層(B1)和氧化還原層(B2)這三層的的光譜反射曲線的間距是較為均勻的分布。
　　2、采用PLSR建模方法建立了土壤分層土樣不同粒徑的有機碳含量的估計模型。經(jīng)過實驗得出土壤顆粒的粒徑大小對估計模型的精度有一定的影響，其中對原狀土樣去除陰影后建立估計模型。對比不同粒徑的PLSR有機碳估計模型，結(jié)果表明0.28-0.9mm粒徑的樣本建立的估計

5、模型精度較高;利用有機碳含量的估計模型對土壤整段剖面上的有機碳含量分布進行分布估計，選擇利用0.28-0.9mm土樣有機碳含量估計模型獲取整段剖面有機碳含量的分布。
　　3、土壤不同發(fā)生層次中有機碳的含量與反射光譜的值之間存在負相關(guān)性，土壤的光譜反射率值隨著有機碳含量的減少卻逐漸增長。水稻土在耕作層和犁底層這兩層的有機碳含量是均勻分布的，而潮土有機碳含量在表層分布較豐富，但是在下層有較低的有機碳含量。而對兩類土壤樣本進行研究表明，