基于多源遥感的黄河三角洲耕地土壤盐分和有机质含量反演

来源 :山东农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhang1118168
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
土壤是生态系统中的重要组成部分,对于生态环境的稳定和农业经济的发展具有不可替代的作用。近年来,土壤退化现象愈加严重,已经成为制约农业可持续发展和土地生产的全球性问题。其中,耕地作为农业发展的基础,土壤退化带来的危害对耕地尤为突出。受到气候变化、海水入侵、人类生产生活等不同驱动因素的影响,黄河三角洲地区的耕地土壤结构受到严重破坏。而土壤盐分和有机质含量作为衡量耕地质量的主要参量,因此快速、准确的对黄河三角洲地区耕地土壤盐分、有机质进行监测,探明此地区的土壤盐分、有机质空间分布特征对土壤退化综合治理、生态环境保护和土壤质量改善具有重要意义。无人机遥感、卫星遥感等遥感监测技术已成为土壤成分监测的主要方法。而单一数据源无法满足反演过程中高精度、多尺度的要求,因此越来越多的土壤成分反演研究将多种遥感数据作为数据源,其中,将近地无人机多光谱数据与卫星遥感数据的结合是目前应用最广泛的方法之一,而将无人机高光谱影像与卫星多光谱影像相结合的研究相对缺乏。本研究以黄河三角洲为研究区,以耕地为研究对象,选取东营市利津县和垦利区的3块典型耕地为试验区,利用地面实测数据、无人机高光谱影像和Landsat-8遥感影像,对土壤盐分和有机质进行了同步反演。其中,土壤盐分、有机质高光谱反演模型采用无人机高光谱数据构建,通过Savitzky-Golay(S-G)去噪以及数学变化对高光谱进行预处理,并通过皮尔逊相关系数法筛选建模参量,运用多元线性回归法构建模型,进而将模型与无人机高光谱影像结合,在试验区尺度上进行反演。其次,土壤盐分、有机质拟合多光谱反演模型是基于拟合后的无人机多光谱数据光谱参量,运用逐步线性回归构建反演模型,并分别将模型与拟合后的无人机影像和校正后的Landsat-8影像结合,实现大尺度的反演。主要的研究结论如下:(1)土壤光谱特征。随着波长的逐渐增加,土壤光谱曲线呈现为反射率逐渐增加的扇形,在可见光范围内反射率较低且上升较快,而在近红外波长范围内反射率较高但增长速度变缓。(2)基于无人机的土壤盐分、有机质高光谱反演模型的构建。在对无人机影像进行S-G去噪和数学变换处理后,土壤盐分、有机质实测值与土壤反射率的相关性得到了明显的提升。土壤盐分与对数一阶微分变换后的高光谱反射率的相关性达到最大值(R=0.633);有机质含量与倒数一阶微分变换的高光谱反射率达到最大相关性(R=0.569)。基于敏感波段参与的最优土壤盐分高光谱反演模型是以对数一阶微分变化后的反射率作为自变量构建的,建模决定系数(R~2)和均方根误差(RMSE)分别是0.779和1.676 g/kg,验证R~2、RMSE和RPD分别是0.761、1.799 g/kg和2.004;最优土壤有机质高光谱反演模型以倒数一阶微分变换后的反射率作为自变量构建,建模R~2和RMSE分别是为0.763和4.138 g/kg,验证R~2、RMSE和RPD分别是0.757、4.553 g/kg和2.001。(3)基于无人机土壤盐分、有机质拟合多光谱反演模型构建。经过数学变化或组合后的拟合多光谱反射率与盐分、有机质的相关性得到一定的提高。在土壤盐分的相关性中,相关性系数绝对值(|R|)超过0.4和0.55的光谱参量分别有25和8个,最大值为0.640;与土壤有机质的相关性中,相关性系数绝对值超过0.4和0.55的光谱参量分别有23和5个,最大值为0.605。最优土壤盐分、有机质拟合多光谱反演模型的建模参量均从|R|大于0.4的敏感参数中筛选。最优土壤盐分拟合多光谱的建模R~2和RMSE分别是0.691和1.938 g/kg,验证R~2、RMSE和RPD分别是0.676、2.202 g/kg和1.743;最优土壤有机质拟合多光谱的建模R~2和RMSE分别是0.684和5.105 g/kg,验证R~2、RMSE和RPD分别是0.663、5.263 g/kg和1.691,。(4)反射率校正及土壤盐分、有机质多尺度反演。分析无人机拟合多光谱与Landsat-8卫星多光谱数据反射率,并使用比值订正法对Landsat-8影像反射率进行校正,无人机拟合多光谱影像与卫星影像的4个波段的反射率相关性分别为R(BB)=0.7133,R(BG)=0.6802,R(BG)=0.756和R(BNIR)=0.7273,Landsat-8卫星影像4个波段(BB、BG、BR和BNIR)反射率校正系数分别为1.09、1.25、1.19和1.27。在试验区尺度上,土壤盐渍化程度由高到低依次是试验区C、A、B,而整体有机质含量与之相反。在研究区尺度上,黄河三角洲耕地的土壤盐分和有机质在空间上呈负相关。土壤盐分含量高、有机质含量低的地区主要分布在利津县西部、垦利县东部、河口区南部和东营区北部。研究区土壤盐分含量整体上随着地形由高到低、由上游到下游逐渐增大,根据面积统计结果,中度盐渍化耕地占总耕地面积的比例最大(48.44%),土壤有机质含量整体上处于中等水平(43.11%)。该研究为快速、准确地监测黄河三角洲耕地土壤盐分和有机质提供了一种方法,对三角洲耕地的针对性改良具有重要意义。
其他文献
新冠肺炎疫情发生至今,集装箱班轮运价呈短期下跌后持续大幅上涨走势,带动集装箱班轮公司收益创历史新高。本文运用PESTEL模型对后疫情时代影响我国集装箱班轮公司发展的政治因素、经济因素、社会因素、技术因素、环境因素与法律因素进行分析,为我国集装箱班轮公司经营提供参考。
<正>2021年10月13日,由国务院国资委指导,12家中央企业在天津成立汽车数字化转型协同创新平台。据了解,这一创新平台包括中国汽车技术研究中心、兵器装备集团、中国电信、中国电子、中国一汽、东风公司等多领域中央企业。国资委有关负责人表示,通过这一平台,到2023年,将实现数字化转型关键核心技术局部突破,制定汽车行业数字化转型路线图。到2025年,
期刊
ISO 23500系列标准规定了血液透析及相关治疗用液体的制备及质量管理,该系列标准体现了国际血液透析医疗专家和生产企业的智慧结晶。本文梳理了血液透析浓缩物国际标准的发展沿革和变迁,阐述了ISO 23500-4:2019相对于前版标准ISO 13958:2014的更新,并分析其更新原因。为更好地理解和应用该标准,本文重点介绍了在2021年国内透析浓缩物标准的修订过程中,对ISO 23500-4:2
本文以皮影造型的艺术特征为研究对象,并以山西孝义地区的皮影造型为例证。论旨在于通过孝义皮影造型的形式分析,揭示皮影造型因适应表演需要而形成的有别于其他造型艺术在造型处理方面的一般艺术特征。皮影造型具有两种不同的属性,即静态的道具属性和动态的“演员”属性。全文以这两大属性为脉络,分析皮影造型关系于这两种属性的相关艺术特点或体现于造型处理方面的特点。皮影造型的构成关系着作为道具的静态呈现和作为“演员”
县市级博物馆作为我国最基层的博物馆,对其所在区域民众了解地方历史、传承地域文化、提升文化素质起着关键性的作用。本文主要阐述近年来唐山博物馆创新征集理念、举办地域特色展览的积极作为,希望能够以此对地域特色文化的保护、传承及发展工作提供些许参考。
目的 基于miR-124-3p/白细胞介素-6(interleukin-6,IL-6)信号通路探究槲皮素与表儿茶素协同作用对炎症相关性结肠癌模型小鼠的干预作用及作用机制。方法 采用氧化偶氮甲烷(azoxymethane,AOM)/葡聚糖硫酸钠(dextran sodium sulfate,DSS)诱导小鼠建立炎症相关性结肠癌模型,同时单独或联合给予槲皮素和表儿茶素,待整个造模周期结束,测量各组小鼠
目的 探讨知信行模式对居家腹膜透析患者延续护理的应用效果。方法 选取2017年1月至2020年1月在某康复疗养中心行腹膜透析随访的100例患者为研究对象,随机数字表分为对照组和观察组,各50例。对照组进行常规护理干预,观察组在对照组的基础上实施知信行模式护理干预。在干预前后,分别评估两组患者腹膜透析并发症发生率和发生频次、自我管理能力和生活质量的变化。结果 干预前两组患者腹膜透析并发症(腹膜炎、出
学位
通过分析军用指挥信息系统的主要功能,提出信息安全防护方面的需求,分析了军用指挥信息系统面临的物理隔离攻击风险,提出了集实时目标监测、风险判别以及安全审计于一体的安全防护技术,可为构建军用指挥信息系统物理隔离安全防护系统提供借鉴。
准确又详细的空间土壤信息对环境建模、生态评估和决策至关重要,而遥感卫星的迅速发展为提高土壤预测模型的性能提供了巨大机遇。但我国高分一号(GF-1)遥感数据在三维土壤制图方面的潜力尚未得到充分探索。本研究以罗定市为建模区,通过组合GF-1多光谱衍生的遥感数据与其它环境数据(基础土壤数据和数字高程模型(DEM)衍生的地形水文数据)构建基于基础土壤数据的基础人工神经网络(ANN)模型、基础土壤数据+地形