本文關(guān)鍵詞： 實測高光譜反射率 土壤堿化指標 SPOT6遙感影像 反演模型　出處：《新疆大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：土壤鹽堿化問題是目前世界范圍內(nèi)干旱半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨的最主要的四類生態(tài)環(huán)境問題(水土流失、土壤風蝕沙化、土壤缺水、土壤鹽堿化)之一。土壤鹽堿化不僅會導致農(nóng)業(yè)發(fā)展受限、農(nóng)作物減產(chǎn),更嚴重還會破壞環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng),使生態(tài)失衡。在全世界范圍內(nèi),共有超過30%的陸地受到這一問題的困擾,其面積已超過10億公頃。因此,土壤鹽堿化問題已經(jīng)成為世界各國共同面臨的難題之一。我國是全球范圍內(nèi)受到土壤鹽堿化影響程度較重的國家之一,有著不同程度的鹽堿化土壤超過2000萬公頃,而這些土壤又主要分布在干旱半干旱的綠洲及綠洲周圍的農(nóng)牧業(yè)灌溉區(qū)域,影響著當?shù)氐霓r(nóng)牧業(yè)發(fā)展。新疆是國家的糧棉生產(chǎn)和貯備基地,也是面積最大的干旱半干旱區(qū)域,其農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展一直受到土壤鹽堿化的制約,因此,掌握新疆鹽堿化土壤的各項理化屬性,對鹽堿化程度和影響范圍進行準確判斷已勢在必行。揭示新疆地區(qū)鹽堿化土壤的時空變化規(guī)律,并以此為基礎(chǔ),建立建全土壤鹽堿化改良的機制和政策,可更好地制定防治措施。這也對新疆農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的持續(xù)健康發(fā)展和新疆生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)向著平穩(wěn)有利的方向發(fā)展有著重要的現(xiàn)實意義。相比于傳統(tǒng)意義上的土壤堿化狀況調(diào)查費時費力、調(diào)查結(jié)果不準確及揭示土壤堿化時空動態(tài)分布較為不易等缺點,利用遙感技術(shù)獲取的光譜和影像數(shù)據(jù)以及野外采集的土壤樣本數(shù)據(jù)對堿化土壤的各項屬性進行監(jiān)測研究,能夠達到較為理想的效果。本文以新疆奇臺縣綠洲區(qū)域為研究區(qū),采用多種手段與方法,對土壤堿化程度進行探討。從土壤中離子對土壤堿化的影響的角度,利用實測光譜數(shù)據(jù)、影像提取光譜反射率數(shù)據(jù)和實地采樣數(shù)據(jù),分析其相關(guān)性,從實測光譜反射特征曲線中提取出各離子的特征波段以及土壤堿化指標在可見光范圍內(nèi)的敏感波段,①利用多元線性回歸的建模方法建立基于離子特征波段的堿化指標反演模型并檢驗,②利用多元線性回歸方法、逐步回歸法和偏最小二乘回歸法等三種方法,建立基于可見光敏感波段的堿化指標反演模型,對比不同方法對于反演模型精度的影響,同時對模型進行檢驗,進而選取出最佳的堿化指標反演模型,為堿化土壤的監(jiān)測提供不同的新的思路。并通過對高分辨率遙感影像SPOT6提取采樣點的反射率值,經(jīng)過6種變換處理(原始、倒數(shù)、對數(shù)、對數(shù)的倒數(shù)、平方、平方根),建立各堿化指標的反演模型,利用實測反射率的不同變換對反演模型進行檢驗,從而實現(xiàn)運用遙感影像技術(shù)對大范圍的堿化土壤進行監(jiān)測和預報。本研究主要成果與結(jié)論如下:(1)奇臺縣綠洲內(nèi)堿化土壤的光譜特征曲線大體呈現(xiàn)波浪型。實測光譜反射率曲線與Mg~(2+)、Ca~(2+)兩種離子含量的相關(guān)性并不明顯,而與CO_3~(2-)的相關(guān)性最好。相比pH值和實測光譜反射率的相關(guān)性,總堿度TA和實測光譜反射率的相關(guān)性更好,且離子含量(Mg~(2+)、Ca~(2+)除外)、堿化指標分別與實測光譜反射率的相關(guān)性曲線均在紅波段范圍內(nèi)(679nm附近)達到峰值。(2)基于離子特征波段的堿化指標的反演模型中,總堿度TA的模型精度最高,建模R~2和檢驗R~2分別為0.703和0.851,其模型精度比pH值高約14%。說明作為堿化指標的pH值并不一定適用于反映土壤的堿化程度。(3)研究區(qū)采樣點的堿化指標數(shù)據(jù)呈現(xiàn)正態(tài)分布,且其變異系數(shù)從弱變異性至強變異程度均有分布,這使得模型更具普遍性。三種不同方法建立的堿化指標反演模型中,多元線性回歸方法建立的模型精度最優(yōu),其中總堿度TA的建模精度和檢驗精度分別可達0.722和0.816,且相對分析誤差RPD大于2,證明模型的預測能力及效果都較好。(4)SPOT6影像和實測反射率的倒數(shù)、對數(shù)以及平方根變換的相關(guān)性要優(yōu)于兩類原始反射率的相關(guān)性,提高了7%左右。相比原始影像反射率和各堿化指標的相關(guān)性,影像反射率對數(shù)的倒數(shù)和倒數(shù)變換分別與堿化指標SAR、RSC和pH值的相關(guān)系數(shù)均有所提高,而影像的對數(shù)和平方根變換與總堿度TA的相關(guān)性和影像原始反射率與TA的相關(guān)性則相差較小,其余的則下降較為明顯。實測反射率的對數(shù)、平方根和倒數(shù)變換與各堿化指標的相關(guān)性比實測原始反射率與各堿化指標的相關(guān)性高(反射率倒數(shù)變換與TA的相關(guān)性除外)。(5)除堿化指標SAR外,其余三類堿化指標的影像反射率反演模型的驗證結(jié)果與建模精度的結(jié)果一致,即影像提取反射率的對數(shù)變換建立的堿化指標TA反演模型,利用反射率倒數(shù)的變換建立的堿化指標RSC和pH值的反演模型在同類堿化指標中最好,其中pH值的建模R~2和檢驗R~2分別達到了0.600和0.577,其反演效果優(yōu)于其他堿化指標,也反映了SPOT6影像對于反映土壤酸堿程度的pH值的效果更好。
[Abstract]:The problem of soil salinity is one of the most important problems faced by agricultural production in arid and semi - arid regions in the world . The results and conclusions are as follows : ( 1 ) The correlation between the measured spectral reflectance curve and the measured spectral reflectance is the best , and the correlation between the logarithm of the total alkalinity TA and the measured spectral reflectance is better than that of the two kinds of original reflectivities . ( 5 ) In addition to the alkalizing index SAR , the results of the image reflectivity inversion model of the remaining three types of alkalizing indexes are consistent with the result of modeling accuracy , that is , the base index TA inversion model established by the logarithmic transformation of the reflectivity of the image , and the inversion model of the alkalinity index rsc and the pH value established by the transformation of the inverse of the reflectance is the best in the same type of alkalizing index , wherein the modeling R - 2 and the test R - 2 of the pH value are respectively 0.6600 and 0.577 , and the inversion effect is better than other alkalizing indexes , and the effect of the SPOT6 image on the pH value reflecting the acid - base degree of the soil is better .

【學位授予單位】：新疆大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S156.4

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本文編號：1467606