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新疆北疆裸土土壤有机质与机械组成遥感反演研究

李春蕾  
【摘要】:新疆是我国生态系统最脆弱的典型区域之一,土地沙漠化、土壤侵蚀、土壤盐渍化等一系列土地退化问题十分严重,制约了新疆经济社会的可持续发展。土地退化的监测与评价是区域土地资源可持续利用的前提与基础,而土地退化监测与评价的关键在于对衡量土地退化的一些核心指标,如土壤有机质和机械组成,进行实时、动态、定量的遥感监测。因此,建立基于遥感技术的土壤有机质含量和机械组成的定量反演方法对于深入开展土地退化监测研究、支撑新疆土地退化治理工作的开展具有十分重要的意义。 随着遥感技术,特别是高光谱遥感技术的快速发展,利用土壤高光谱信息来定量反演土壤理化性状成为可能。本研究以新疆北疆地区为研究区,利用ASD-FieldSpec光谱仪对土壤进行野外光谱测量,并同时采集土壤样本测定其土壤有机质含量和机械组成,在对原始光谱进行多种数学形式变换的基础上,确定最佳单相关分析波段和拟合方法,建立研究区土壤有机质和机械组成(0.05-2mm的砂粒百分含量,以下简称砂粒百分含量)的高光谱反演模型,最终结合MODIS影像对研究区裸土地的土壤有机质和土壤砂粒百分含量进行反演。通过分析、研究得出如下结论: (1)在基于野外光谱数据的土壤有机质含量估算研究中,土壤有机质含量与土壤原始光谱以及对数的倒数变换后的光谱数据在430nm处达到相关系数最大值,分别为0.68和-0.68。经过统计回归分析以及模型估计值与实际测量值得比较,370nm处经倒数变换后的光谱值的logistic回归拟合模型为研究区土壤有机质的最佳估算模型。 (2)在基于野外光谱数据的土壤砂粒百分含量估算研究中,土壤砂粒百分含量与不同变换形式处理后的光谱数据的相关系数明显高于土壤有机质的相关系数,其中经过对数的倒数变换后的光谱数据在430nm处达到相关系数最大值,为0.76。土壤砂粒百分含量的估算精度整体较高,接近90%,其中经倒数形式变换后以及倒数一阶微分处理后光谱值的一元线性回归拟合的精度最高。 (3)通过对MODIS波段设置、各波段的空间分辨率、土壤有机质和砂粒百分含量与光谱数据在各个波段的相关性以及拟合精度的综合分析,认为MODIS第三波段可以用于反演土壤有机质和砂粒百分含量。基于460nm处的光谱数据建立适合MODIS第三波的土壤有机质及砂粒百分含量反演方程,其中经过对数的倒数处理的光谱数据的logistic回归模型对土壤有机质的拟合精度最好,经反演的研究区裸土地土壤有机质含量整体在0-3.24g/kg之间;原始光谱数据的一元三次回归模型对土壤砂粒百分含量的拟合精度最好,经反演后研究区裸土地的土壤砂粒含量整体在95%左右,与实际情况吻合较好。


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