土壤砷含量高光谱估算模型研究
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１ ４ 建 模 方 法 ．
法 ，建立 土 壤 反 射 光 谱 与 土壤 砷 （ ） 量 的 回 归 模 型 ，并 比 Ａｓ含 较 分 析 不 同预 处 理 方 法 、 同分 辨 率 、不 同 有 机 质 含 量 对 建 不
模 、 算 精 度 的影 响 。 估
偏 最 小 二 乘 回归 （ ａｔ ｌｅｓ ｓ ｕｒｓ ｅ ｒｓｉ ， Ｌ Ｒ） ｐ ｒ ａ ｌ ｔ ｑ ａｅ ｇｅｓ ｎ Ｐ Ｓ ｉ ａ ｒ ｏ 能 有 效 地 提 取 对 系 统 解 释 能 力 最 强 的综 合 变 量 ，排 除 无 解 释 作 用 的 信 息 ， 之对 因变 量 有 最 强 的 解 释 能 力 ＿ 。 对 于 主 使 ｇ 相 ｊ
均 较 优 （ 算 ０ ６ ８ ． １ ， ． ５＜ ＲＰ ＜ １８ ７ １６ ３ Ｒ Ｅ ％ １６ ５ ， ＯＭ 含 量 样 本 结 果 （ 估 ． ７ ＜Ｒ ｄ０ ７ １ １ ７ ０ Ｄ ￣ ．２ ， ． １ ＜ ＭＳ Ｐ ． ８ ） 低 估
算 Ｒ。 ． ９ ，Ｒ Ｄ－ １６ ７ ＲＭｓ Ｐ ． ４ ） 于高 Ｏ 含 量样本 。研究结果表 明可以利用 反射光谱估 算 一０ ６ ４ Ｐ － ． ９ ， Ｅ 一１ ６４ 好 Ｍ
中图 分 类 号 ： ７ ；Ｓ ５ ． ＴＰ ９ １ １９
选取能涵盖该 市 主要母 质 和土 壤类 型 的 ９ ７个 采样 点 ，
ห้องสมุดไป่ตู้
引 言
第 １ 国际 土 壤 学 大 会 的 主题 为 “ 壤 科 学 的 前 沿 ：技 ８届 土 术 与 信 息 时代 ” 会 议 指 ｌ 必 须 通 过 新 的 科 学 技 术 与 方 法 的 ， 叶 ‘
还 处 于探 讨 阶段 。 本 研 究 以苏 南 某 市 为 研 究 区 ，运 用 偏 最 小 二 乘 回归 方
对光谱 曲线 进行 Ｓ ｖ ｚ ｙＧ ｌ ￣ ｉ ｋ ｏａ ａｔ ｙ平 滑 （ ２次 多项式 ，９
个点 ） ，再 分 别 进 行 Ｌ ｇ １尺） ｏ （ ／ 、一 阶 导 数 （ Ｄ） Ｆ 、二 阶 导 数 （Ｄ） Ｓ 、多元 散 射 校 ｜ ＭＳ 和 连 续 统 去 除 （ Ｒ） 处 理 。然 Ｆ（ Ｃ） Ｃ 的 后 采 用 最 佳 处 理 方 法所 得 光 谱 进 行 ２ ， ，１ ， ２和 ６ ｍ ，４ ８ ６ ３ ４ｎ 重采样 。
１ 材 料 与 方 法
１ １ 土 壤 样 本 采 集 与 化 学 分 析 ．
收 稿 日期 ：２ １ －２２ 。 订 日期 ：２ １ ５２ ０ ００ —６ 修 ０ ００ ８
在实验室 内 自然风干后研磨 ，过 １０目筛 。土壤有机 质采用 ０ 重铬酸钾法ｌ ，Ａ 含量采用还原气化一 子荧光 光谱法 ｌ 。 ６ ｓ ］ 原 ７ ｊ
１２ 光 谱 测 量 ．
土壤光谱测量采用 Ｆｅ Ｓ ｅ ｉｄ ｐｃ ｌ ３便携式光 谱分析仪 。 光源
为 一 盏 ５ 卤 素 灯 ， 离 样 品 ３ ｍ ， 用 ５视 场 角 探 头 ， Ｏｗ 距 ０ｃ 采 。
距样 品 １ ｍ 处 垂 直 进 行 光 谱 采 集 。 ５ｃ
１ ３ 光 谱 预 处 理 ．
应用 ， 促进土壤科学 的发展… 。 谱分析技 术具有 分析速 度 光
快 、 本 低 、 危 险 、无 破 坏 、 同时 估 算 多 种 成 分 等 特 点 ， 成 无 可 为 土 壤研 究提 供 了新 的 于段 与方 法 。土 壤 光 谱 是 各 种 土 壤 理 化性 质 的综 合 反 映 ，叮 以 通 过 光 谱 特 征 来 估 计 土 壤 重 金 属 、
土 壤 中 Ａｓ 量 ， 过 各 种 光 谱 预处 理 方 法提 高估 算 精 度 ， 进 行 土 壤 污 染 监 测 提 供 新 的技 术 方 法 。 含 通 为 关键词 反 射 光 谱 ； ；土 壤 污 染 ； Ｌ Ｒ 砷 ＰＳ
文 献标 识 码 ： Ａ Ｄ ：１ ． ９ ４ｊｉ ｎ １０ —５ ３ ２ １ ） １０ ７—４ ＯＩ ０ ３ ６ ／．ｓ ． ０ ００ ９ （０ １ ０— １３０ ｓ
第３ 卷 ， ｌ １ 第 期 ２０ １１年 １月
光
谱
学
与
光
谱
分
析
Ｖｏ ． １ Ｎｏ １ ｐ １ ３ １ ６ １ ３ ， ． ，ｐ ７— ７
Ｓ ｅ ｔｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃ ｒ ｌＡｎ ｌ ｓｓ ｐ ｃ ｒ ｓ ｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｅ ｔ ａ ａ ｙ ｉ
Ｊ ｎ ａｙ ０ １ ａ ｕ ｒ ，２ １
模型 ， 通过 交叉验证 、 估算检验建模精度 ， 探讨利 用反 射光谱估算 土壤 Ａ 含 量的可行性 。通过 比较不 同光 ｓ 谱预处理方法 、 同光谱分辨率和不 同 Ｏ 含量条件 下建模 、验证 和估算 结果 。表 明，ＭＳ 小 Ｍ Ｃ方法 可 以有 效 去除散射的影响而取得较好的结果 （ 估算 Ｒ －０ ７ ｌ Ｒ Ｄ－ １ ８ ７ ＲＭＳ Ｐ ＿ １ ） 不 同光谱 分辨率结 果 ．１ ， Ｐ － ．２ ， Ｅ 一１ ６ ３ ，
土壤 砷 含 量 高光 谱估 算模 型研 究
郑 光 辉 ， 生 路 ，吴 绍 华 周
１ ．南京大学地理 与海洋科学学院 ，江苏 南京 ２ ．南京信息工程大学遥感学院 ， 江苏 南京 ２ ０ ９ １０３ ２ ０ ４ １０４
摘
要 以实验室 内测取 的土壤反射光谱为研究对象 ，利用 Ｐ Ｓ Ｌ Ｒ方法建立反射 光谱 与土壤 Ａｓ 含量之间的
去除信 噪 比较 低 的 波 段 ３ ０ ３０和 ２ ４ ０ ２ ５ ０ ５～ ８ ６ ～ ０
ｎ ［ ｍ
。
有机质等物质 的含量ｌ ２ 。光 谱技术在土壤 学 中的成 功应用 ，
将 为 土壤 研 究 掀 开 新 的一 页 。但 土 壤 成 分 非 常 复 杂 ，具 有 ５ 空 间异 质 性 高 的特 点 ，各 地 区 所 得 到 的 反 演 方 法 具 有 一 定 局 限性 ， 部 分 土 壤组 成成 分 的 光 谱 特 征 、物 理 机 制 等 的 研 究 对
法 ，建立 土 壤 反 射 光 谱 与 土壤 砷 （ ） 量 的 回 归 模 型 ，并 比 Ａｓ含 较 分 析 不 同预 处 理 方 法 、 同分 辨 率 、不 同 有 机 质 含 量 对 建 不
模 、 算 精 度 的影 响 。 估
偏 最 小 二 乘 回归 （ ａｔ ｌｅｓ ｓ ｕｒｓ ｅ ｒｓｉ ， Ｌ Ｒ） ｐ ｒ ａ ｌ ｔ ｑ ａｅ ｇｅｓ ｎ Ｐ Ｓ ｉ ａ ｒ ｏ 能 有 效 地 提 取 对 系 统 解 释 能 力 最 强 的综 合 变 量 ，排 除 无 解 释 作 用 的 信 息 ， 之对 因变 量 有 最 强 的 解 释 能 力 ＿ 。 对 于 主 使 ｇ 相 ｊ
均 较 优 （ 算 ０ ６ ８ ． １ ， ． ５＜ ＲＰ ＜ １８ ７ １６ ３ Ｒ Ｅ ％ １６ ５ ， ＯＭ 含 量 样 本 结 果 （ 估 ． ７ ＜Ｒ ｄ０ ７ １ １ ７ ０ Ｄ ￣ ．２ ， ． １ ＜ ＭＳ Ｐ ． ８ ） 低 估
算 Ｒ。 ． ９ ，Ｒ Ｄ－ １６ ７ ＲＭｓ Ｐ ． ４ ） 于高 Ｏ 含 量样本 。研究结果表 明可以利用 反射光谱估 算 一０ ６ ４ Ｐ － ． ９ ， Ｅ 一１ ６４ 好 Ｍ
中图 分 类 号 ： ７ ；Ｓ ５ ． ＴＰ ９ １ １９
选取能涵盖该 市 主要母 质 和土 壤类 型 的 ９ ７个 采样 点 ，
ห้องสมุดไป่ตู้
引 言
第 １ 国际 土 壤 学 大 会 的 主题 为 “ 壤 科 学 的 前 沿 ：技 ８届 土 术 与 信 息 时代 ” 会 议 指 ｌ 必 须 通 过 新 的 科 学 技 术 与 方 法 的 ， 叶 ‘
还 处 于探 讨 阶段 。 本 研 究 以苏 南 某 市 为 研 究 区 ，运 用 偏 最 小 二 乘 回归 方
对光谱 曲线 进行 Ｓ ｖ ｚ ｙＧ ｌ ￣ ｉ ｋ ｏａ ａｔ ｙ平 滑 （ ２次 多项式 ，９
个点 ） ，再 分 别 进 行 Ｌ ｇ １尺） ｏ （ ／ 、一 阶 导 数 （ Ｄ） Ｆ 、二 阶 导 数 （Ｄ） Ｓ 、多元 散 射 校 ｜ ＭＳ 和 连 续 统 去 除 （ Ｒ） 处 理 。然 Ｆ（ Ｃ） Ｃ 的 后 采 用 最 佳 处 理 方 法所 得 光 谱 进 行 ２ ， ，１ ， ２和 ６ ｍ ，４ ８ ６ ３ ４ｎ 重采样 。
１ 材 料 与 方 法
１ １ 土 壤 样 本 采 集 与 化 学 分 析 ．
收 稿 日期 ：２ １ －２２ 。 订 日期 ：２ １ ５２ ０ ００ —６ 修 ０ ００ ８
在实验室 内 自然风干后研磨 ，过 １０目筛 。土壤有机 质采用 ０ 重铬酸钾法ｌ ，Ａ 含量采用还原气化一 子荧光 光谱法 ｌ 。 ６ ｓ ］ 原 ７ ｊ
１２ 光 谱 测 量 ．
土壤光谱测量采用 Ｆｅ Ｓ ｅ ｉｄ ｐｃ ｌ ３便携式光 谱分析仪 。 光源
为 一 盏 ５ 卤 素 灯 ， 离 样 品 ３ ｍ ， 用 ５视 场 角 探 头 ， Ｏｗ 距 ０ｃ 采 。
距样 品 １ ｍ 处 垂 直 进 行 光 谱 采 集 。 ５ｃ
１ ３ 光 谱 预 处 理 ．
应用 ， 促进土壤科学 的发展… 。 谱分析技 术具有 分析速 度 光
快 、 本 低 、 危 险 、无 破 坏 、 同时 估 算 多 种 成 分 等 特 点 ， 成 无 可 为 土 壤研 究提 供 了新 的 于段 与方 法 。土 壤 光 谱 是 各 种 土 壤 理 化性 质 的综 合 反 映 ，叮 以 通 过 光 谱 特 征 来 估 计 土 壤 重 金 属 、
土 壤 中 Ａｓ 量 ， 过 各 种 光 谱 预处 理 方 法提 高估 算 精 度 ， 进 行 土 壤 污 染 监 测 提 供 新 的技 术 方 法 。 含 通 为 关键词 反 射 光 谱 ； ；土 壤 污 染 ； Ｌ Ｒ 砷 ＰＳ
文 献标 识 码 ： Ａ Ｄ ：１ ． ９ ４ｊｉ ｎ １０ —５ ３ ２ １ ） １０ ７—４ ＯＩ ０ ３ ６ ／．ｓ ． ０ ００ ９ （０ １ ０— １３０ ｓ
第３ 卷 ， ｌ １ 第 期 ２０ １１年 １月
光
谱
学
与
光
谱
分
析
Ｖｏ ． １ Ｎｏ １ ｐ １ ３ １ ６ １ ３ ， ． ，ｐ ７— ７
Ｓ ｅ ｔｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃ ｒ ｌＡｎ ｌ ｓｓ ｐ ｃ ｒ ｓ ｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｅ ｔ ａ ａ ｙ ｉ
Ｊ ｎ ａｙ ０ １ ａ ｕ ｒ ，２ １
模型 ， 通过 交叉验证 、 估算检验建模精度 ， 探讨利 用反 射光谱估算 土壤 Ａ 含 量的可行性 。通过 比较不 同光 ｓ 谱预处理方法 、 同光谱分辨率和不 同 Ｏ 含量条件 下建模 、验证 和估算 结果 。表 明，ＭＳ 小 Ｍ Ｃ方法 可 以有 效 去除散射的影响而取得较好的结果 （ 估算 Ｒ －０ ７ ｌ Ｒ Ｄ－ １ ８ ７ ＲＭＳ Ｐ ＿ １ ） 不 同光谱 分辨率结 果 ．１ ， Ｐ － ．２ ， Ｅ 一１ ６ ３ ，
土壤 砷 含 量 高光 谱估 算模 型研 究
郑 光 辉 ， 生 路 ，吴 绍 华 周
１ ．南京大学地理 与海洋科学学院 ，江苏 南京 ２ ．南京信息工程大学遥感学院 ， 江苏 南京 ２ ０ ９ １０３ ２ ０ ４ １０４
摘
要 以实验室 内测取 的土壤反射光谱为研究对象 ，利用 Ｐ Ｓ Ｌ Ｒ方法建立反射 光谱 与土壤 Ａｓ 含量之间的
去除信 噪 比较 低 的 波 段 ３ ０ ３０和 ２ ４ ０ ２ ５ ０ ５～ ８ ６ ～ ０
ｎ ［ ｍ
。
有机质等物质 的含量ｌ ２ 。光 谱技术在土壤 学 中的成 功应用 ，
将 为 土壤 研 究 掀 开 新 的一 页 。但 土 壤 成 分 非 常 复 杂 ，具 有 ５ 空 间异 质 性 高 的特 点 ，各 地 区 所 得 到 的 反 演 方 法 具 有 一 定 局 限性 ， 部 分 土 壤组 成成 分 的 光 谱 特 征 、物 理 机 制 等 的 研 究 对