径向基神经网络的苏打盐碱地重金属定量反演

摘要：

土壤是自然生态系统的重要组成部分,是人类赖以生存和农业生产的重要物质基础.随着社会经济高速发展,高强度的工农业生产活动导致重金属等各种污染物通过大气沉降、污水灌溉等途径进入土壤,并在土壤中不断富集造成土壤盐渍化和土壤重金属污染,两者是导致全球荒漠化和土壤退化的主要诱因.然而中国的耕地非常有限,粮食安全尤为重要.因此,如何快速、准确地大面积反演盐碱地的重金属含量是保障粮食安全的重要研究课题.针对上述关键问题,以吉林省镇赉县盐碱地为研究对象,建立了盐碱地重金属元素锰(Mn)、钴(Co)和铁(Fe)含量与土壤可见光-近红外光谱数据的定量反演模型.首先对原始光谱数据分别进行了Savitzky-Golay平滑、多元散射校正、连续统去除变换处理;然后基于预处理后的光谱数据构建了比值(RI)、差值(DI)和归一化(NDI)三种光谱指数,通过光谱指数与重金属含量的相关性分析确定模型训练样本,利用径向基神经网络算法进行建模并反演盐碱地重金属含量;最后通过相关系数等梯度循环建模的精度分析方法确定了光谱指数与锰、钴和铁含量相关性显著的敏感波段组合,建立了基于径向基神经网络算法的盐碱地重金属含量最优反演模型.研究结果表明,M n选取相关系数r>0.70,Co选取相关系数r>0.80,Fe选取相关系数r>0.80,并选取敏感指数组合分别为108组、690组和31组,基于上述显著敏感指数组合建立的Mn,Co和Fe最优反演模型R2分别为0.7034,0.8976和0.8484,均方根误差RMSE分别为53.0073,1.0592和0.3634,平均相对精度达到88.64％,90.36％ 和91.78％.该研究对盐碱地重金属含量的准确、快速分析提供了一种有效的方法,对实现土壤重金属污染治理具有重要的现实意义.

关键词：苏打盐碱地、可见光-近红外光谱、光谱指数、重金属含量、反演模型

所属期刊栏目：42

分类号：TP79(遥感技术)

资助基金：国家自然科学基金52074064

在线出版日期：2022-05-11（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共6页

页码：1595-1600