土壤水与有机质对高光谱的作用及交互作用规律

摘要：

[目的]定量揭示土壤水分与有机质对高光谱的作用规律,为提高土壤水分、有机质的光谱估测精度提供基础.[方法]以山东省泰安市岱岳区90个棕壤土样为研究对象,进行室外光谱采集、室内土壤水分和有机质测定,运用Savitzky-Golay filter对光谱曲线进行平滑去噪预处理.根据含水量、有机质含量的高低将土壤样本分为9组,运用比较法对9组原始光谱数据进行分析,初步探究土壤水、有机质对光谱的作用规律.然后采用相关分析法,分析水、有机质与土壤原始光谱反射率(raw spectral reflectance,R)、光谱一阶微分变换(firstorder differential reflectance,D(R))以及分组光谱的相关性.在假定其他影响因素基本相同的条件下,利用有交互作用的双因素方差分析法,定量分析水、有机质对土壤光谱反射率、光谱一阶微分的作用程度及其交互作用.根据土壤水与有机质的交互作用规律,按相关系数较大而交互作用小的原则选取特征因子,采取偏最小二乘回归模型建立土壤有机质含量的高光谱估测模型,分析依据两者交互作用规律选取的因子对提高光谱估测模型精度的有效性.[结果]在田间持水量范围内,水对土壤光谱反射率影响起主要作用;水与有机质对土壤光谱客观存在交互作用,当土壤含水量小于10％时,600-1 800 nm的原始光谱能较好反映有机质的作用,而当土壤含水量大于15％时,有机质的作用几乎被水的作用所掩盖.水、有机质对土壤原始光谱的作用及其交互作用分别在360-1 800,410-1 800,509-1 800 nm达到显著水平,且三者均在1 951-2 450 nm达到显著水平(α=0.05);对土壤光谱的作用程度由大到小依次为:水、有机质、交互作用;在425-1 800 nm水对土壤光谱的作用大约是有机质的5-8倍,在1 950-2 300 nm为8-12倍;在350-2 500 nm有机质对土壤光谱的作用大约是水与有机质交互作用的2倍.光谱经一阶微分变换之后,在450-530、600-790、1 019-1 027、2 000-2 020以及2 045-2 075 nm土壤水的作用增强,而在其他波段处减弱;土壤有机质的作用在471-824、851-949、967-1 140、1 172-1 340、1 379-1 428、1 450-1 770、1 953-2 122、2 174-2 199以及2 271-2 342 nm处得到增强,而在其他波段处减弱.水与有机质的交互作用也在不同波段处有所变化,但相对于土壤水与有机质的作用变化幅度而言是相对减弱的.基于土壤水与有机质的交互作用规律选取的特征因子,所建立的土壤有机质高光谱估测模型精度有所提高,其中1 6个检验样本的决定系数R2由不考虑交互作用的0.6764提高到0.7934.[结论]研究表明,在反演土壤含水量时,可以不考虑有机质对光谱的影响;而在反演有机质含量时,必须要剔除水对反射率的影响,还要考虑水与有机质对光谱的交互作用.考虑水与有机质对土壤光谱的交互作用,可有效提高土壤有机质的光谱估测精度.

关键词：高光谱、有机质、含水量、方差分析、交互作用

所属期刊栏目：50

分类号：TP3;TG1

资助基金：国家自然科学基金41271235;山东省自然科学基金ZR2016MD03

在线出版日期：2017-07-05（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共11页

页码：1465-1475