含水率对土壤有机质含量高光谱估算的影响.pdf

第31卷第9期
业.工程学报
1142015年5月
I ransactions of the Chincsc Socicty of A gricultural Fnginccriny
May 2015
含水率对土壤有机质含量高光谱估算的影响
司海青2,姚艳敏2,王德营2,刘影2
(1.农业部农业信息技术重点实验宝,北京100081:2.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,北京100081)
摘要:上壤含水率对有机质( soil organic matter,SOM)含量高光谱佔算精度有很大的影响。为了探讨SOM高光谱估
算中土壊含水率的影响,该义对烘干土、风于土和质量含水率为5%~40%(按5%递增)的土壤样本进行了室内高光谱
測量,对光谱数括进行了反射率、反射率一阶导数和反射率倒数对数3种光谱数据变换,运用偏最小二乘回归法( partial
least squares regression,PLSR)建立了相应的SOM估算模型。结果表明,风干土的SOM高光谱估算精度较好;当含水
率水平小于25%时,SOM估算模型精度受含水率的影响较大,光谱数据进行反射率倒数对数变换后的模精度最高;当
含水率水平大于等于25%时,水分对十壤光谱反射率的影响要大于SOM,不适宜利用十壤光谱数据进行SOM含量高光
谱估算。该研究可为大田坏境不同含水率情況ド光谱估算SOM提供参考
关键词:土據;土壤含水率;回归;有机质;高光谱;偏最小二乘
doi:10.11975 I- Issn.1002-6819.2015.09.018
中图分类号:S153.621
文献标志码:A
文章编号:1002-6819(2015)-09-0114-07
司海青,姚艳敏,王德营,等.含水率对土壤有机质含量高光谱估算的影响[].农业工程学报,2015,31(9):
114-120
Si Aiqing, Yao Yanmin, Wang Deying, et al. Ilyperspectral prediction of soil organic matter contents under different soil
moisture contents J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAD), 2015, 31(9)
114-120. (in Chinese with English abstract)
引言
精度。研究表明,SOM含量增加使土壤光谱反射率降
低23?,而在一定的土壤含水率范围内,土壤光谱反射
上:壤有机质( soil organic malter,SOM)是上壤肥力率也会随着上:壤含水率的増加而ド降,因此,上:壤含水
的重要指标,不仅能为作物提供养分,改普土壤物理性率对S(OM高光谱估算精度的影响成为当前研究热点
质,还具有保水和保肥的作用叫。快速、准确地估算 SOM Yuccl等、 Chang等即认为烘干上样高光谱模型佔算
含量,可以为耕地质量评价、地力培肥、粮食产量提高SOM精度更高而 Brown等认为烘下上样建立的估算
提供重要的決策依据。遥感技术的发展,给土壤研究带模型并不能提高SOM高光谱估算精度: I'ystro等H+3研
来了新的方法,许多研究者研究了土壤性质与光谱反射究则认为湿土样的估算精度要更好。综上,不同土壇含
率之间的关系,并使用反射光谱技术成功的预测了上:壤水率下利用光谱数据估算SOM含量及影响机制还没有
成分2。从20世纪80年代,国内外学者开始利用土壤致的结论
的光谱信息进行SOM含量的估算研究,如SOM的光谱
木文对不同含水率的士样进行光谱测量,利用偏最
特征研究、不同上:样类型的SOM估算以及高光小二乘回归法( partial Icast squares regrcssion,PLSR)建
谱影像估算等。这些研究多是以风干土样或烘干土立了不同含水率水平下SOM含量高光谱反演模型,探讨
样为样本探测光谱反射率,建立SOM与土壤反射率及、土壤含水率对SOM含量高光谱估算精度的影响,以期得
数学变换的反演模型。土壤光谱特性是SOM含量、土壤到适宣利用光谱数括估算SOM含量的含水率阈值。
含水率、氧化鉄含量、土壤质地等属性的综合反映22劉,
在应用这些模型进行农田高光谱SOM含量佔算,以及采
材料与方法
用高光谱遥感影像反演SOM含量时,山」忽略了农田具1.1研究区及土壤样本采集
有不同含水率等问题,影响了高光谱佔算SOM含量的
本文研究区域为古林省公主岭市、梨树县和黑龙江
省宾县。公主岭市地处吉林省中西部,位于124°02'
收稿日期:2014-11-21修订日期:2015-0.3-10
125°1871、43911'~44909N之间,地貌类型为南部山地和
基金项日:全球变化研究国家重大科学研究计划(973计划)北部平原。梨树县位于吉林省西南部,介于123945~
(2010CB951501-2)、高分姘率対地观测系銃国家科技重大专项124°53E、4302'~43946N之间,东与公主岭市相邻,地
(09-V30B03-9001-13:/15)
势平坦,土质肥沃。宾县位」黑龙江省南部,地处张广
作者简介:可海青,男,山东济宁人,研究方向为农业资源遥感。北京中国
农业科学院农业资源与农业区划研究所,100081,上 Email: sthaiqing((caas. cn
才岭和松花江平原交汎处,地跨126°55~128°19E、
※通信作者:姚艳敏,女,河北石家庁人,博士,研究员,研究方向为农业45930°~46°01N,全县以山地为主,占全县总面积50%,
定量遥感。北京中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,10001,耕地约占45%,其余为水域。3个县以种植玉米和水将为
Fmail:yaoyanmin(@caas.cn