基于光譜成像技術(shù)的土壤剖面有機(jī)碳的分布估計(jì)研究.pdf

1、土壤作為一個(gè)動(dòng)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(duì)土壤的深入研究也就成為人類長(zhǎng)期的必修課。其中土壤屬性的研究對(duì)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(fèi)時(shí)、費(fèi)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(wú)破壞、低成本、速度快同時(shí)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(lái)獲得土壤的圖譜信

2、息，可以用來(lái)對(duì)較小空間尺度內(nèi)的土壤屬性的連續(xù)分布進(jìn)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(shí)別能力和豐富土壤標(biāo)本信息。
　　本文使用三軸向?qū)嶒?yàn)控制平臺(tái)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(jì)模型，以此來(lái)分析土壤的反射光譜與土壤有機(jī)碳的相關(guān)性;然后將模型應(yīng)用估計(jì)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(fù)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(shuō)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(zhǎng)趨勢(shì)，而對(duì)兩類土壤樣本進(jìn)行研究表明，對(duì)于水稻土來(lái)說(shuō)，其潛育層(G)的光

4、譜反射曲線與其它層相差比較遠(yuǎn);而對(duì)于本研究中的潮土區(qū)別于前一個(gè)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(jī)碳含量的估計(jì)模型。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)得出土壤顆粒的粒徑大小對(duì)估計(jì)模型的精度有一定的影響，其中對(duì)原狀土樣去除陰影后建立估計(jì)模型。對(duì)比不同粒徑的PLSR有機(jī)碳估計(jì)模型，結(jié)果表明0.28-0.9mm粒徑的樣本建立的估計(jì)

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