可见-短近红外成像光谱数据的土壤有机质含量估算

作     者：焦彩霞 郑光辉 解宪丽 崔雪峰 赏刚 JIAO Cai-xia;ZHENG Guang-hui;XIE Xian-li;CUI Xue-feng;SHANG Gang

作者机构：南京信息工程大学地理科学学院江苏南京210044 中国科学院南京土壤研究所江苏南京210008 北京师范大学系统科学学院北京100875 

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

年 卷 期：2020年第40卷第10期

页      面：3277-3281页

核心收录：

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 09[农学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0903[农学-农业资源与环境] 0816[工学-测绘科学与技术] 081602[工学-摄影测量与遥感] 0703[理学-化学] 081102[工学-检测技术与自动化装置] 0811[工学-控制科学与工程] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(41877004) 中国国家留学基金项目(201809040007)资助 

主　　题：成像光谱 土壤有机质 偏最小二乘回归 弓曲差 

摘      要：土壤有机质是土壤肥力的重要指标,也是全球土壤碳的重要存在形式,快速估算土壤有机质含量及其变化是保障粮食安全与评估气候变化的前提与基础。传统的土壤有机质测定方法存在周期长、成本高、有污染物排放等不足。近年来的大量研究表明,土壤反射光谱技术可以成功实现土壤有机质估算,具有时间短、成本低、无污染、无破坏等特点。但反射光谱技术仅能估算点状土壤样品有机质含量,要实现土壤有机质的空间制图还必须借助空间插值技术。成像光谱技术(也称为高光谱成像技术)为每个像元采集一条光谱曲线,实现了图谱合一,为土壤有机质空间制图提供了技术基础。目前利用成像光谱开展土壤有机质制图的研究尚处于起步阶段,利用室内可见-短近红外波段的成像光谱数据建立土壤有机质光谱指数可以探讨土壤有机质成像光谱估算的机理,从而为土壤有机质遥感制图奠定理论基础。建立600 nm“弓曲差光谱指数并分析其与土壤有机质的相关关系,通过1000次随机划分数据集、建立“弓曲差非线性回归与偏最小二乘回归模型并对比结果精度,探讨成像光谱数据估算土壤有机质的可行性。结果表明,研究区土壤有机质含量偏低,变化范围较大,“弓曲差与有机质含量呈显著的对数关系;对数函数可以较好实现土壤有机质的建模与预测,拟合结果稳定性较好,精度优于偏最小二乘回归。原因可能是由于偏最小二乘回归所使用的全部光谱数据中包含了部分与有机质无关的信息,影响了偏最小二乘回归结果精度。所以,使用三个波段光谱信息建立的光谱指数“弓曲差可以用于成像光谱数据的有机质制图,从而为未来开展土壤有机质卫星遥感制图提供新的思路与方法。