土壤Cd含量实验室与野外DS光谱联合反演

作     者：邹滨 涂宇龙 姜晓璐 陶超 周茉 熊立伟 ZOU Bin;TU Yu-long;JIANG Xiao-lu;TAO Chao;ZHOU Mo;XIONG Li-wei

作者机构：中南大学有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室地球科学与信息物理学院 

出 版 物：《光谱学与光谱分析》 (Spectroscopy and Spectral Analysis)

年 卷 期：2019年第39卷第10期

页      面：3223-3231页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0703[理学-化学] 0702[理学-物理学] 

基　　金：环保公益性行业科研专项经费项目(201509050) 中国博士后科学基金特别资助项目(2013T60780) 中南大学“创新驱动计划”项目(2015CXS005) 湖南省自然科学基金项目(2017JJ3378) 教育部重点实验室开放基金项目(2017YSJS07)资助 

主　　题：土壤 重金属 高光谱 DS转换 遥感反演 

摘      要：土壤重金属高光谱遥感建模理论上能够大大降低传统化学分析测定所需成本,正逐步发展为有效探查土壤污染空间分布与开展污染土壤综合防治的关键技术。然而土壤重金属高光谱遥感调查技术目前多局限于稳定可控条件下的实验室光谱模型,野外诸多因素(光照、湿度、土壤粗糙度等)影响下野外原位光谱模型的有效性已成为困扰该项技术大范围推广亟待突破的关键科学问题。以湖南衡阳市某矿区为例,分别利用ASD地物光谱仪和等离子发射光谱法测定46个土壤样品350~2500nm的实验室光谱和Cd含量,并在土壤取样时同步测量样品野外原位光谱。在运用DS(directstandardization)转换算法处理野外光谱的基础上,融合实验室光谱先验知识,基于主成分逐步回归建模方法开展了土壤Cd含量实验室与野外原位DS光谱联合反演实验,交叉验证了模型的稳定性。同时为深入探究实验室与野外原位DS光谱联合反演模型的有效性,将其与基于实验室光谱、野外原位光谱、野外原位DS光谱、实验室与野外原位光谱联合建立的主成分逐步回归模型开展了对比分析。结果表明:野外原位光谱反演模型精度(R2=0.56)明显低于实验室光谱反演模型(R2=0.64),野外原位DS光谱反演模型与之相比精度有所提升(R2=0.66);在野外原位光谱DS转换校正基础上,联合实验室光谱先验知识的土壤Cd含量反演模型精度最高,R2可达0.72。与此同时,实验室与野外原位DS光谱联合反演模型揭示482,565,979和2206nm波段对研究区土壤Cd含量有较好指示性,此结果与实验室光谱反演模型所识别的特征波段一致,两者物理意义相同。研究结果证实了实验室光谱先验知识以及DS转换算法能够提升野外原位光谱模型的可靠性,可为发展土壤Cd含量野外原位高光谱遥感探测提供重要的提供理论与方法支撑。