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新疆不同类型土壤有机质含量的高光谱监测

摘要：利用高光谱遥感对土壤进行监测已成为精准农业的重要技术之一.本文对新疆不同土壤类型土壤样品有机质含量进行理化分析,并高光谱反射率测定,获得不同类型土样有机质含量及对应高光谱反射率曲线,通过分析高光谱反射率曲线与土样有机质含量关系,对特定波长下的土样光谱反射率和有机质含量进行相关分析和曲线拟合,对高光谱遥感监测土壤质量的可行性进行分析.研究发现,有机质在350~2500nm波长范围内光谱反射率与有机质含量呈负相关关系,在675nm附近的相关性最强.该研究为利用遥感技术进行土壤属性的快速监测奠定了研究基础.

关键词：新疆；土壤有机质；高光谱遥感；模型

高光谱遥感技术源于多光谱遥感技术,又称为成像光谱技术,以测谱学为基础,是近二十年来发展起来的谱像合一的一项遥感前沿技术.虽然发展时间不长,但其所具有的光谱分辨率高、信息量大、谱像合一的特点,是传统的遥感技术无法比拟的.所以具有高光谱分辨率与高空间分辨率的高光谱遥感将在精准农业中土壤信息的提取方面扮演重要角色.

土壤有机质含量和有机质组成对土壤反射率有着强烈影响,对土壤反射率的影响在视觉上表现为暗黑色土壤比亮色土壤的有机质含量更高,这表明了土壤有机质与可见光反射率之间的关系[1-3].通常,可从实验室、田间和空中获取土壤的光谱反射率.实验室中土壤的光谱反射率测量能够在可控条件下获取,因而是我们研究土壤光谱特性的主要手段.在土壤有机质的高光谱研究中,基于实验室的土壤光谱反射率测量使人们能够理解土壤反射率与土壤物理和化学性质的关系.随着便携式地物光谱仪灵敏度的发展,田间光谱仪将成为快速逐点监测土壤环境的基本工具,也为精准农业中土壤空间信息的获取提供了强有力的手段[4].

1材料与方法

1.1样品采集

采集土壤表层土0~5cm,一般选择地势较为平坦、土壤裸露地区作为样区,选择时考虑各种不同土地利用类型和土壤类型,每个样区内选择具有代表性的测点4~5个,每个测点采集1个土样.

土壤样品采自新疆伊犁、塔城、大学试验站和大学试验农场,共采集7个土样（表1）,土样取回后在室内风干,研磨过0.25mm筛.

1.2试验方法

1.2.1土壤有机质测定

重铬酸钾外加热法测定土壤有机质含量[5].

1.2.2高光谱数据测定

光谱测量采用ASDFieldSpecFR野外光谱仪,用25视场角探头垂直对目标进行观测[2].ASDFieldSpecFR光谱仪测量波长范围为350~2500nm,其中350~1000nm之间的光谱分辨率3nm,1000~2500nm之间的光谱分辨率为10nm.在没有自然光的黑暗实验室内将过0.25mm筛土样铺成约10cm厚土层,表面刮平,用1台1000Ｗ卤光灯光以提供光源,用地物光谱仪获取350~2500nm波长范围的土壤光谱反射率.对1条光谱曲线的扫描时间设定为2s[6-8],每个土样的光谱测量重复5次,最后取平均值得出土样的光谱反射率.

2结果与分析

2.1土壤有机质方差分析

对所采集新疆不同土样的有机质含量进行方差分析（表2）,结果表明,各土样间有机质含量达到差异显著水平.

2.2不同类型土壤高光谱曲线

从不同土样的高光谱曲线可以看出（图1）,在波长350~2500nm范围内,土样光谱反射率曲线形状趋势一致,不同土样光谱反射率差别明显；在波长350~1800nm范围内,不同土样光谱曲线形状有差别[9],进一步分析发现,有机质含量对350~1800nm波长范围的光谱曲线影响明显[10].有机质含量越高,曲线越低,越接近直线,有机质含量与675nm、849nm、1681nm波长反射率有很强的相关性.

2.3土样有机质含量的高光谱特征分析及曲线拟合把675nm波长处土样高光谱反射率与土样有机质含量进行拟合,得出3个拟合曲线,其中指数拟合曲线y等于0.4e-0.1011x相关性最高,相关系数r2等于0.834,其次为多项式曲线y等于0.0262x2-0.1705x+0.4,相关系数为r2等于0.637,见图2.

如图3所示,把849nm波长处土样高光谱反射率与土样有机质含量进行拟合,得出3个拟合曲线,其中指数拟合曲线y等于0.4e-0.2005x相关性最高,相关系数r2等于0.8218,其次为多项式曲线y等于0.0056x2-0.0929x+0.4,相关系数为r2等于0.7281.

如图4所示,把1681nm波长处土样高光谱反射率与土样有机质含量进行拟合,得出3个拟合曲线,指数曲线和多项式曲线有机质与反射率为负相关,其中指数拟合曲线y等于0.5e-0.1116x相关性最高,相关系数r2等于0.4641,其次为多项式曲线y等于0.0197x2-0.1017x+0.5,相关系数为r2等于0.421.

3讨论与结论

通过对新疆不同土壤室内高光谱测定及与土壤有机质含量关系研究发现,有机质含量明显影响高光谱曲线形状[11],提取对有机质反应敏感的多个波段反射率,把高光谱反射率与土壤有机质含量进行曲线拟合,结果表明,675nm波长处土样的高光谱反射率与土样有机质含量高度相关,其中指数拟合曲线y等于0.4e-0.1011x相关性最高（r2等于0.834）,其多项式曲线y等于0.0262x2-0.1705x+0.4,相关系数为r2等于0.637.849nm波长处指数拟合曲线y等于0.4e-0.2005x相关性最高（r2等于0.8218）,其多项式曲线y等于0.0056x2-0.0929x+0.4,相关系数为r2等于0.7281.

研究表明,在进行微分变换以前,可见光波段的有机质含量探测能力要比近红外波段要强,675nm和849nm波长的反射率是土壤有机质最理想的诊断波长,而指数曲线和多项式曲线是土壤有机质高光谱遥感诊断的最佳拟合模型.且有机质在研究的350~2500nm波长范围内并不存在吸收峰[12],但在这一波长范围内,光谱反射率与有机质含量呈负相关关系,在675nm附近的相关性最强.

参考文献

[1]VaneGregg,GoetzAlexanderFH.Terrestrialimagingspectrometrycurrentstatus,futuretrends,RemotesensingofEnvironment[J].1993,（44）：117-126.

[2]WeiannC.A.,AblerJ.D.,PetersonD.L.AnEvaluationofImagingSpectrumtrieorEstimatingForestCanopyChemistryInt[J].RemoteSensing,1989,（10）：1293-1316.

[3]季耿善,徐彬彬.土壤粘土矿物反射特性及其在土壤学上的应用.土壤学报,1987,24（1）：67-76.

[4]冷疏形,李秀彬.土地质量指标体系国际研究的新进展.地理学报,1999.54（2）：177-185.

[5]黄昌勇主编,土壤学,2001,北京中国农业出版社.

[6]浦瑞良,宫鹏.高光谱遥感及其应用[M].北京:高等教育出版社,2000.12-22.

[7]田庆久,张良培,郑兰芬,等.成像光谱遥感定标模型的分析与评价[J].遥感技术与应用,1996,11,（3）：16-21.

[8]陆登槐．农业遥感的应用效益及在我国的发展战略[J]．农业工程学报,1998.

[9]WanderM.M.andDrinkwater.2000.Fosteringsoilstewardshipthroughsoilqualityassesent.AppliedSoilEcology.15：61-73.

[10]Act达中国主要土壤光谱反射特性分类与数据处理的初步研究[A].遥感文选[M],北京二科学出版社,1981：315-323.

[11]IndabaP.S.,J.J.Stoorvogel,D.M.Jansen,J.Laming,J.J.R.Grout.2000.Landquality.