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基于高光谱数据的民勤绿洲土壤含盐量预测

齐文文  
【摘要】:民勤绿洲位于干旱区内陆河石羊河下游,水资源短缺、土地退化严重,生态环境十分脆弱。土壤盐渍化防治及盐渍土改良利用是民勤绿洲面临的重要问题,土壤含盐量和盐分组成监测具有重要的理论意义和应用价值。本文通过野外调查采样、实验室分析和光谱测定,研究民勤绿洲土壤的盐分组成和土壤光谱特征,以期为绿洲区域尺度土壤盐渍化信息遥感定量研究提供基础资料。 本文基于土壤分析和室内光谱测量数据,利用光谱微分变换、包络线去除、多元线性逐步回归分析等方法,研究了土壤含盐量、电导率与土壤光潜反射率的定量关系,提取预测土壤盐分的特征光谱波段,并构建土壤光谱和土壤含盐量的预测方程。取得的主要结论如下: (1)干旱区土壤光谱与土壤盐分的特征波段主要集中在450~620 nm. 1400 nm、1900 nm、2200~2400 nm范围内,而这些波段与水汽影响波段分布范围有重合,很大程度上限制了高光谱遥感的反演应用。 (2)由于较强的多重共线性,很难对高光谱数据构建稳定的回归模型。经倒数、对数及一阶微分变换等后的回归分析结果表明,倒数和对数变换没有有效增强土壤光谱反射率对土壤盐分的敏感性,相关性较差;微分变换则显著提高了两者的相关性,部分解决了光谱数据的共线性问题。 (3)包络线去除方法是土壤光谱特征分析的有效方法。对平滑处理前后的光谱测量数据分别进行包络线去除处理,结果表明经过平滑处理的数据去包络线后与土壤含盐量的相关系数明显降低趋势。这主要是因为包络线去除的原理是用折线段连接光谱曲线上的离散样点,依赖于光谱曲线的微小变化,进行平滑处理会造成某些光谱细小的信息损失 (4)地表覆被不同,人类活动对土壤的影响程度不同,土壤含盐量及盐分分布存在差异性。根据地表覆被情况,将土壤样本分为小麦、向日葵、裸地、玉米和其他植被组等五组,分组研究了土壤光谱反射率与土壤含盐量、电导率的定量关系,得到了显著性水平大于0.05的回归方程。结果表明,种植不同农作物的土壤含盐量差异性较大,且对土壤光谱反射率也有显著的影响。 (5)对野外和室内测量的光谱数据进行归一化处理,可较好地消除光照条件的影响,经过曼-惠特尼U检验方法检验,认为在550~709 nm、915~1100nm波段范围内,野外测量光谱和室内测量光谱具有相似的分布特征。


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