基于作物全生育期土壤光谱反馈面的虾稻区土壤有机质反演与制图

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了解土壤属性空间分布特征和时间变化特征,能够有效的指导人类有效合理的利用、保护土壤。数字土壤制图能直观的描述土壤属性。在广阔的平原地区,由于缺少足够的地形因子来指导土壤制图,会明显降低数字土壤制图的精度。朱阿兴教授等最早提出了土壤光谱反馈面的概念,核心思想是利用降水事件之后连续数天内土壤表层光谱的变化特征描述土壤属性。这种方法虽然能提高数字土壤制图的精度,但对所需的遥感数据有着非常苛刻的要求,需要筛选大量的遥感影像和天气事件。为了解决这个问题,本文将通过增加制作光谱反馈面遥感影像的时间跨度至涵盖作物全生育周期,降低遥感影像的难度,提高平原区数字土壤制图的精度。本文选取江汉平原上的潜江市运粮湖农场部分区域为研究区,探究虾稻田中水稻全生育周期的土壤光谱反馈面对土壤有机质数字制图的影响。本研究设置三组共62个采样点,选取6月份、7月份、8月份和10月份为采样时间,涵盖了水稻的全生育期。收集记录了每个点位的坐标、稻田和虾沟的土壤样本、航拍数据、植被照片、土壤高光谱数据及研究区域的哨兵2号遥感影像数据。研究内容主要有以下三点:其一,分析了虾稻共作模式下稻田土壤与虾沟土壤之间有机质含量、土壤粒度、土壤酸碱度和土壤高光谱数据的差异和规律;其二,通过分析6月到10月间土壤的有机质、粒度、酸碱度、高光谱数据、归一化植被指数等信息,明确了水稻全生育期内稻田和虾沟的变化规律;其三,利用哨兵2号卫星13个波段的遥感影像建立水稻全生育周期的土壤光谱反馈面,分析全生育周期的土壤光谱反馈面对于土壤有机质数字制图的影响。整体来看,研究区域内的土壤有机质含量总体上呈现由西北向东南递减的趋势;土壤pH值范围总体上都处于中性状态;土壤粒度差异较小,但是在研究区域的西北部和中南部存在土壤粒度相对较大的区域。包含土壤光谱反馈面特征变量的环境协变量体系建立的模型,对土壤有机质估测结果的均方根误差约为5.87、决定系数约为0.72。无土壤光谱反馈面的环境协变量体系的模型对土壤有机质估测结果的均方根误差为6.14、决定系数为0.70。在对实验内容和结果进行分析后,全生育期的土壤光谱反馈面可以作为新的环境协变量应用于平原地区的数字土壤制图,从土壤光谱反馈面提取的特征向量能够明显提高土壤有机质数字制图的精度;利用哨兵2号卫星的遥感数据能够有效支持数字土壤制图,以其遥感数据为基础计算的环境协变量表现出了较高的重要性;虾稻共作模式下,稻田土壤与虾沟土壤在土壤有机质方面有着明显的差异,而在酸碱度和粒度方面的差异不明显。
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