基于多源遙感數(shù)據(jù)定量反演土壤有機質(zhì)含量的研究.pdf

1、土壤有機質(zhì)含量是衡量土壤肥力重要指標之一，也是評價耕地質(zhì)量的重要指標。隨著城鎮(zhèn)化進程的不斷推進，耕地面積逐漸萎縮，人口與有限耕地資源的矛盾加深，因此，如何實時、快速、準確的獲取耕地信息，提高農(nóng)業(yè)信息化管理水平，逐步成為精準農(nóng)業(yè)中的研究熱點。遙感技術(shù)具有快速、無損獲取地物信息的特點，其迅猛發(fā)展為快速、準確、大尺度獲取耕地信息提供了有效的手段。與傳統(tǒng)土壤有機質(zhì)含量實驗分析方法相比，該方法可獲取宏觀面信息，大幅度提高農(nóng)業(yè)決策的全面性、時效性和

2、客觀性。遙感技術(shù)中的高光譜技術(shù)能夠獲取非常窄且光譜連續(xù)的數(shù)據(jù)，可實時地獲取土壤光譜的分布，而多光譜傳感器具有較高的空間分辨率，在分析土壤有機質(zhì)的空間格局方面具有較大的優(yōu)勢，因此，遙感技術(shù)在土壤有機質(zhì)含量的反演中具有極大的優(yōu)勢。
　　本研究以楊凌示范區(qū)耕地土壤為研究對象，圍繞土壤有機質(zhì)含量的遙感反演這一主要問題，開展了基于多源遙感數(shù)據(jù)（地面高光譜數(shù)據(jù)、LandSat8影像數(shù)據(jù)、環(huán)境減災小衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)）等一系列的同步觀測實驗，在已有研

3、究基礎(chǔ)上改進和發(fā)展新方法，實現(xiàn)土壤有機質(zhì)含量的快速、準確反演，為農(nóng)業(yè)信息化管理提供技術(shù)支持，具體研究內(nèi)容與成果如下:
　　(1)高光譜估測土壤有機質(zhì)含量方法的研究:利用光譜變換技術(shù)、重采樣技術(shù)、小波變換技術(shù)等三種方法處理分析地面高光譜數(shù)據(jù)，并利用偏最小二乘法構(gòu)建土壤有機含量的估測模型。研究結(jié)果表明:光譜變換技術(shù)可提高土壤有機質(zhì)含量的估測精度，尤其是對數(shù)的微分變換，其模型的預測精度R=0.650、RMSE=0.218;光譜分辨率高低

4、對土壤有機質(zhì)含量估測精度有重要影響，在光譜分辨率為5nm、70nm時均取得較好的估測精度;連續(xù)小波技術(shù)可大幅度提高原始光譜與土壤有機質(zhì)含量的相關(guān)性，其與重采樣技術(shù)結(jié)合后，對有機質(zhì)含量的估測精度均優(yōu)于光譜變換技術(shù)、重采樣技術(shù)，其最佳估測精度的R可達0.701;由于本文采用的是有機質(zhì)含量大部分低于2％的土樣數(shù)據(jù)，但高光譜數(shù)據(jù)構(gòu)建的有機質(zhì)估測精度卻較高，其R最高達0.701，因此高于2％并不是估測有機質(zhì)的必備條件。
　　(2)寬波段數(shù)據(jù)

5、估測土壤有機質(zhì)含量的研究:本研究利用土壤高光譜與波段響應函數(shù)生成寬波段數(shù)據(jù)，模擬ZY3、ZY2B、LandSat8、HJ等多光譜數(shù)據(jù)，探討其估測土壤有機含量的能力。結(jié)果表明:ZY3與ZY2B在估測土壤有機質(zhì)含量上，具有較強的一致性;多光譜數(shù)據(jù)間具有較好的協(xié)同性，由不同寬波段數(shù)據(jù)構(gòu)建的混合模型均優(yōu)于同一寬波段數(shù)據(jù)構(gòu)建的單一模型，其中LandSat8_ZY2B構(gòu)建的模型最優(yōu)，其R=0.616，RMSE=0.338;寬波段數(shù)據(jù)在估測土壤有機質(zhì)

6、含量上具有一定的可行性。
　　(3)多光譜遙感衛(wèi)星影像估測土壤有機質(zhì)含量的研究:該研究的目標是實現(xiàn)區(qū)域尺度的土壤有機質(zhì)含量空間分布監(jiān)測。利用資源2C衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)完成耕地地塊的矢量化工作。從2013年10月份的LandSat8衛(wèi)星影像中提取裸露耕地，并在此基礎(chǔ)上，提取地面樣點的光譜反射率。將土壤光譜反射率與土壤有機質(zhì)含量進行相關(guān)性分析，篩選敏感波段，并利用偏最小二乘法構(gòu)建土壤有機質(zhì)含量的估測模型。結(jié)果表明:以地塊為單元更有利于分析土