黑土有机质含量野外高光谱预测模型
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
＊通 讯 联 系 人 ｅｍａｌｚｆ４ ５ １ ３ｃ ｍ － ｉ ｓ７ １ ＠ ６ ．ｏ ：
ｅｍａｌｈ ａｊｎｉ＠ｙａ ． ｅ － ｉ：ｕ ｎｕ ｌ ｕ ｅ ｈ ｎｔ
３ ５ ３６
光谱学与光谱分析
第３ Ｏ卷
土壤反射光谱 曲线 。 试过程 中，为消 除随机噪声 ， 个土 测 每 壤采样点随机选择 ３ 个测试点 ，每个测试 点测定 ４条光谱 反
１ ２ 光 谱 测试 ．
为消除室 内光源 、测试 几何 结构 等因素影 响 ， 本研 究 以
田间原状 黑土野外 实测 高光谱反射率为研 究对象 ，分析黑土
收稿 日期 ：２ １－２２ ，修 订 日期 ： ０ ００—６ ０ Ｏ０— ２ ２ １—５２
在采集土壤样品前 ， 利用便携式光谱仪 ＡＳ ｉｄ ｐｃ Ｄ Ｆｅ Ｓ ｃ￣ ｌ
３ ．黑 龙 江 大学 农 业 资 源 与环 境 学 院 ， 龙 江 哈尔 滨 黑
１０ ３ ５００
摘
要
以田问原状黑土野外实测高光谱反射率为 研究对象 ， 析黑土 有机质 的光谱 响应 波段 ， 用光谱 分 运
分析方法提取光谱指数 ， 建立基于反射光谱特征的黑土有 机质高光谱 预测模型 。得 出如下结论 ：（ ） １ 黑土反 射光谱特征差异主要在小于 ｌ２０ｎ 的光谱 范 围，尤其是 在小于 ｌ１０ｎｎ的范围 ，随着有机 质含 量的变 ５ ｍ ０ ｉ 化， 该波谱范 围内黑土反射光谱特征呈现单／ 双谷 现象 ， 有机质是影响黑土反射光谱特征的决定因素。（） ２ 有
关键词Βιβλιοθήκη Baidu
高光谱 ； 有机质 ； 土；反射率 黑
文 献 标 识 码 ：Ａ Ｄ Ｉ ０ ３６ ／．ｓｎ ｉ０ ５ ３ ２ １ ）２３ ５—４ Ｏ ：１． ９ ４ｊｉ ． ０ ００ ９ （０ ０ １—３ ５０ ｓ
中图 分 类 号 ： Ｐ ９ Ｓ ２ Ｔ ７／１７
有机质 的光谱响应波段 ，提取定 量光谱指 标 ， 建立 基于反射
黑 土有 机质 含量 野 外 高光 谱预 测模 型
刘焕军 ， 张新乐 ，郑树 峰¨ ， 汤 娜 ，胡言亮
１ ．农业 部 资 源遥 感 与 数 字 农 业 重 点 开 放 实验 室 ，北 京 １０ ８ ００ｌ １０ ８ ５０ ０
２ ．东北农 业大学 资源与环境学院 ， 黑龙江 哈尔滨
３对 田间 自然状态土壤进行光谱测量 ， 共获取 ５ 个采样点的 ９
基金项 目： 农业部资源遥感与数字农业重点开放实验室开放基金项 目（ Ａ０ ０ ） 国家 自然科学 基金项 目（０ ０ １ ７ 资助 ＲＤ ９ ６ 和 ４８１６） 作者简介 ： 刘焕军 ，１ ８ ９ １年生，东北农业 大学 资源 与环境学院讲师
机质 与黑 土反射率倒数对数微分 的相关系数最高 ， 最高值在 １２０ｎ 达到 一ｏ ７ （ 。 ， ６ ｍ， ． ７Ｒ ） 相关 系数高 的波谱
范 围为 ７ Ｏ ６ ｍ。（ ） ５ ～ｌ２ ０ｎ ３ 基于黑土野外光谱反射率 的有机质含 量高光谱 预测模 型稳 定性 强 ， 预测 能力较
好 ，能够 用 于 黑 土 有 机 质 含 量 野 外 速 测 。
为 研 究 对 象 ｌ 尽 管 该 方 法 对 于 土 壤 反 射 光 谱 特 征 研 究 １ ， “ 具有重要意义 ， 是所建立模型 的实用性较差 ， 以用于野 但 难
ｉ ｌｃ ｏ ｌｓ ｍｐ ｅ （ － ５ ） ｎ ｂａ ｋｓ ｉ ａ ｌ ｎ － ９ ｓ
外土壤理 化参数 的光谱速测 。
现，有机质含量不同 ， 黑土去包 络曲线在大于 １ ５ ｌ 的光 ０ｎ ｌ ２ Ｔ 谱范 围差 异较小 ；而小 于 １２０ｎ 的光谱范 围黑土去包 络 ５ ｍ 曲线差异显著 ， 尤其是在小于 ｌ１０ｎ ０ ｒ ｎ的范围 ； 随着有机质
引 言
土壤反射光谱特性 的高光谱遥感技术可 以快速提供土壤 有机质 、 成土母质 、 、 铁 水分 、 机械组成 、 粗糙度等信息【 ］ ｌ 。 １ 该技术 的广泛应用将 为农 业生 产管理 、卡 被／ ｒ 土壤 定量 遥感 ｃ 研 究、土壤水土流失防治 、土壤 资源保护 、陆地生 态系 统相 关研究 等工作提供准确的土壤属性时空数据 ，以改进农 业生 产 与环境保护工作 方法 。但 目前 的土壤理 化参 数高 光谱
速 测模 型主 要 是 基 于 室 内反 射 光 谱 数 据 得 到 的 ’，室 内 土 ］
光谱特征 的黑土有机质高光谱预测模型 ，以期为黑土 区土壤
有 机 质 的快 速 测 定 提 供 技 术 支 持 。
１ 材料与方法
１ １ 土 样 采 集 与 处 理 ． ２０ ０ ９年 ５月 ２ — ２ ２ ６日 ， 在作 物 播 种 后 、出苗 前 ， 县 级 沿
第 ３ 卷 ， ｌ 期 Ｏ 第 ２
２ 年 １２月 １０ ０
光
谱
学
与
光
谱
分
析
Ｖ １３ ， ｏ １ ，ｐ３ ５３ ５ ｏ．０ Ｎ ．２ ｐ３ ５—３ ８
Ｄｅ ｅ ｅ ，２ １ ｃ ｍｂ ｒ ０ ０
Ｓ ｅ ｔｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃ ｒ ｌＡｎ ｌ ｓｓ ｐ ｃｒ ｓ ｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｅ ｔ ａ ａ ｙ ｉ
以上公路 ， 在黑龙江 省北安市 （ 部） 南 、海伦市 （ 中部 ） 、绥化 市（ 东部 ） 等地 黑土区采 集 ５ ９个耕 层 （ ～ ２ ｍ） Ｏ ｏｃ 土样 ；同时 利用 Ｇ Ｓ记录样点的经纬度 。采用 重铬酸钾 容量法＿ Ｐ 夕 加热 法测 定土壤有机质 含量。有机质含量描述 统计量见表 １ 。
Ｔａ ｅ １ Ｄｅ ｃ ｉ ｔｖ ｔ ｔｓ ｉｓ ｏ ｒ ａ ｉ ａｔｅ ｂｌ ｓ ｒｐ ｉｅ ｓａ ｉｔｃ ｆｏ ｇ ｎ ｃｍ ｔ ｒ
壤 光谱获取过程 中由于没有统一的方法 ，土壤取样 和预 处理 及测试过程 中的一 些测 试条 件 （ 括 光 源功率 、光源距 离 、 包 光源照射角度等 ） 的不 同 ， 加 了光谱 数据 的不 确定性 ，导 增 致不 同研究问的高光谱数据不能共享 ，同一研 究中不 同时问 测试的高光谱数据无可 比性 ， 从而限制土壤属性 光谱预测 量 化研究［ １ 。此外 ， 大多研究利用实验室风干土高光谱反射率
ｅｍａｌｈ ａｊｎｉ＠ｙａ ． ｅ － ｉ：ｕ ｎｕ ｌ ｕ ｅ ｈ ｎｔ
３ ５ ３６
光谱学与光谱分析
第３ Ｏ卷
土壤反射光谱 曲线 。 试过程 中，为消 除随机噪声 ， 个土 测 每 壤采样点随机选择 ３ 个测试点 ，每个测试 点测定 ４条光谱 反
１ ２ 光 谱 测试 ．
为消除室 内光源 、测试 几何 结构 等因素影 响 ， 本研 究 以
田间原状 黑土野外 实测 高光谱反射率为研 究对象 ，分析黑土
收稿 日期 ：２ １－２２ ，修 订 日期 ： ０ ００—６ ０ Ｏ０— ２ ２ １—５２
在采集土壤样品前 ， 利用便携式光谱仪 ＡＳ ｉｄ ｐｃ Ｄ Ｆｅ Ｓ ｃ￣ ｌ
３ ．黑 龙 江 大学 农 业 资 源 与环 境 学 院 ， 龙 江 哈尔 滨 黑
１０ ３ ５００
摘
要
以田问原状黑土野外实测高光谱反射率为 研究对象 ， 析黑土 有机质 的光谱 响应 波段 ， 用光谱 分 运
分析方法提取光谱指数 ， 建立基于反射光谱特征的黑土有 机质高光谱 预测模型 。得 出如下结论 ：（ ） １ 黑土反 射光谱特征差异主要在小于 ｌ２０ｎ 的光谱 范 围，尤其是 在小于 ｌ１０ｎｎ的范围 ，随着有机 质含 量的变 ５ ｍ ０ ｉ 化， 该波谱范 围内黑土反射光谱特征呈现单／ 双谷 现象 ， 有机质是影响黑土反射光谱特征的决定因素。（） ２ 有
关键词Βιβλιοθήκη Baidu
高光谱 ； 有机质 ； 土；反射率 黑
文 献 标 识 码 ：Ａ Ｄ Ｉ ０ ３６ ／．ｓｎ ｉ０ ５ ３ ２ １ ）２３ ５—４ Ｏ ：１． ９ ４ｊｉ ． ０ ００ ９ （０ ０ １—３ ５０ ｓ
中图 分 类 号 ： Ｐ ９ Ｓ ２ Ｔ ７／１７
有机质 的光谱响应波段 ，提取定 量光谱指 标 ， 建立 基于反射
黑 土有 机质 含量 野 外 高光 谱预 测模 型
刘焕军 ， 张新乐 ，郑树 峰¨ ， 汤 娜 ，胡言亮
１ ．农业 部 资 源遥 感 与 数 字 农 业 重 点 开 放 实验 室 ，北 京 １０ ８ ００ｌ １０ ８ ５０ ０
２ ．东北农 业大学 资源与环境学院 ， 黑龙江 哈尔滨
３对 田间 自然状态土壤进行光谱测量 ， 共获取 ５ 个采样点的 ９
基金项 目： 农业部资源遥感与数字农业重点开放实验室开放基金项 目（ Ａ０ ０ ） 国家 自然科学 基金项 目（０ ０ １ ７ 资助 ＲＤ ９ ６ 和 ４８１６） 作者简介 ： 刘焕军 ，１ ８ ９ １年生，东北农业 大学 资源 与环境学院讲师
机质 与黑 土反射率倒数对数微分 的相关系数最高 ， 最高值在 １２０ｎ 达到 一ｏ ７ （ 。 ， ６ ｍ， ． ７Ｒ ） 相关 系数高 的波谱
范 围为 ７ Ｏ ６ ｍ。（ ） ５ ～ｌ２ ０ｎ ３ 基于黑土野外光谱反射率 的有机质含 量高光谱 预测模 型稳 定性 强 ， 预测 能力较
好 ，能够 用 于 黑 土 有 机 质 含 量 野 外 速 测 。
为 研 究 对 象 ｌ 尽 管 该 方 法 对 于 土 壤 反 射 光 谱 特 征 研 究 １ ， “ 具有重要意义 ， 是所建立模型 的实用性较差 ， 以用于野 但 难
ｉ ｌｃ ｏ ｌｓ ｍｐ ｅ （ － ５ ） ｎ ｂａ ｋｓ ｉ ａ ｌ ｎ － ９ ｓ
外土壤理 化参数 的光谱速测 。
现，有机质含量不同 ， 黑土去包 络曲线在大于 １ ５ ｌ 的光 ０ｎ ｌ ２ Ｔ 谱范 围差 异较小 ；而小 于 １２０ｎ 的光谱范 围黑土去包 络 ５ ｍ 曲线差异显著 ， 尤其是在小于 ｌ１０ｎ ０ ｒ ｎ的范围 ； 随着有机质
引 言
土壤反射光谱特性 的高光谱遥感技术可 以快速提供土壤 有机质 、 成土母质 、 、 铁 水分 、 机械组成 、 粗糙度等信息【 ］ ｌ 。 １ 该技术 的广泛应用将 为农 业生 产管理 、卡 被／ ｒ 土壤 定量 遥感 ｃ 研 究、土壤水土流失防治 、土壤 资源保护 、陆地生 态系 统相 关研究 等工作提供准确的土壤属性时空数据 ，以改进农 业生 产 与环境保护工作 方法 。但 目前 的土壤理 化参 数高 光谱
速 测模 型主 要 是 基 于 室 内反 射 光 谱 数 据 得 到 的 ’，室 内 土 ］
光谱特征 的黑土有机质高光谱预测模型 ，以期为黑土 区土壤
有 机 质 的快 速 测 定 提 供 技 术 支 持 。
１ 材料与方法
１ １ 土 样 采 集 与 处 理 ． ２０ ０ ９年 ５月 ２ — ２ ２ ６日 ， 在作 物 播 种 后 、出苗 前 ， 县 级 沿
第 ３ 卷 ， ｌ 期 Ｏ 第 ２
２ 年 １２月 １０ ０
光
谱
学
与
光
谱
分
析
Ｖ １３ ， ｏ １ ，ｐ３ ５３ ５ ｏ．０ Ｎ ．２ ｐ３ ５—３ ８
Ｄｅ ｅ ｅ ，２ １ ｃ ｍｂ ｒ ０ ０
Ｓ ｅ ｔｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃ ｒ ｌＡｎ ｌ ｓｓ ｐ ｃｒ ｓ ｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｅ ｔ ａ ａ ｙ ｉ
以上公路 ， 在黑龙江 省北安市 （ 部） 南 、海伦市 （ 中部 ） 、绥化 市（ 东部 ） 等地 黑土区采 集 ５ ９个耕 层 （ ～ ２ ｍ） Ｏ ｏｃ 土样 ；同时 利用 Ｇ Ｓ记录样点的经纬度 。采用 重铬酸钾 容量法＿ Ｐ 夕 加热 法测 定土壤有机质 含量。有机质含量描述 统计量见表 １ 。
Ｔａ ｅ １ Ｄｅ ｃ ｉ ｔｖ ｔ ｔｓ ｉｓ ｏ ｒ ａ ｉ ａｔｅ ｂｌ ｓ ｒｐ ｉｅ ｓａ ｉｔｃ ｆｏ ｇ ｎ ｃｍ ｔ ｒ
壤 光谱获取过程 中由于没有统一的方法 ，土壤取样 和预 处理 及测试过程 中的一 些测 试条 件 （ 括 光 源功率 、光源距 离 、 包 光源照射角度等 ） 的不 同 ， 加 了光谱 数据 的不 确定性 ，导 增 致不 同研究问的高光谱数据不能共享 ，同一研 究中不 同时问 测试的高光谱数据无可 比性 ， 从而限制土壤属性 光谱预测 量 化研究［ １ 。此外 ， 大多研究利用实验室风干土高光谱反射率