本文關(guān)鍵詞：基于高光譜技術(shù)的鹽漬化土壤水鹽含量估測研究　出處：《石河子大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：土壤鹽漬化是最常見的土地退化過程,自然因素和人類不合理的使用使得土壤鹽漬化、次生鹽漬化問題突出,對環(huán)境構(gòu)成風(fēng)險。新疆屬于典型的干旱半干旱地區(qū),由于溫度高、降雨稀少,土壤蒸發(fā)強烈,土壤中鹽分隨水分蒸發(fā)帶到地表,水分變成水蒸氣進入了空氣,而大量鹽分在土壤表層累積,形成鹽漬化土壤。鹽漬化土壤不僅低產(chǎn)、低肥、作物存活率低而且可持續(xù)利用差,因此,對土壤實行鹽漬化監(jiān)測是十分必要的。傳統(tǒng)的監(jiān)測方法不僅需要大量的人力、物力、財力得出的結(jié)果既表面又不具有代表性,隨著高光譜技術(shù)的誕生和發(fā)展逐漸彌補了這些缺陷。本文以新疆典型鹽漬化灌區(qū)為研究對象,運用便攜式高光譜儀獲取了不同質(zhì)地的土壤水鹽含量和八大離子含量的光譜曲線,采用一階微分、二階微分、連續(xù)統(tǒng)去除的數(shù)據(jù)處理方法對土壤原始光譜進行變換,研究利用高光譜技術(shù)同步獲取鹽漬化土壤水分、鹽分和八大離子的含量。主要結(jié)論如下:(1)從不同水分含量梯度看,兩種質(zhì)地的土壤的高光譜反射率均隨水分含量的升高呈現(xiàn)下降趨勢且砂土的反射率變化幅度明顯大于壤土;從不同鹽分含量來看,隨著鹽分含量的增加兩種質(zhì)地的高光譜反射率大體呈現(xiàn)增加趨勢;從不同水鹽含量梯度來看,原始的水鹽高光譜反射率與水鹽含量并沒有表現(xiàn)出明顯的相關(guān)性。(2)原始水鹽光譜數(shù)據(jù)經(jīng)過一階微分、二階微分和連續(xù)統(tǒng)去除處理后相關(guān)系數(shù)均得到明顯提高,但對于不同水鹽含量的原始光譜三種數(shù)據(jù)處理后的相關(guān)系數(shù)的增加幅度具有顯著差異。在壤土中,0%含水量和10%含水量的水鹽光譜曲線經(jīng)過連續(xù)統(tǒng)去除,15%含水量的水鹽光譜曲線采取一階微分、19%含水量水鹽光譜曲線經(jīng)過二階微分后更有利于相關(guān)系數(shù)的提高。而在砂土中,0%含水量的水鹽光譜曲線通過連續(xù)統(tǒng)去除,10%含水量、15%含水量、19%含水量的水鹽光譜曲線則經(jīng)過二階微分處理后的相關(guān)系數(shù)更顯著的增加。(3)選取一階微分、二階微分和連續(xù)統(tǒng)去除后的顯著波段建立了多元線性回歸模型,當(dāng)壤土含鹽量6.38 m S/cm時對其的水分預(yù)測模型的R2分別為0.85、0.91、0.89、0.93、0.71,砂土含鹽量7.45 m S/cm時對其的水分預(yù)測模型的R2分別為0.83、0.95、0.87、0.80、0.74、0.78,達到顯著相關(guān);在不同水分的鹽分預(yù)測模型中,壤土含水量12%時對其鹽分含量預(yù)測的R2分別為0.89、0.92、0.82、0.73,砂土含水量16%時對其鹽分含量預(yù)測的R2分別為0.82、0.90、0.78、0.86、0.68,達到顯著相關(guān);在水鹽同步預(yù)測模型中,含水量10%,含鹽量5.83 m S/cm時壤土水鹽含量同步預(yù)測的R2達到0.84,砂土含水量13%,含鹽量7.45m S/cm時,水鹽含量同步預(yù)測R2為0.90,有較好的預(yù)測結(jié)果。(4)鹽漬土土壤中陰離子中含量最高的是Cl-,占總陰離子的百分比為51.21%,其次是SO42-、HCO3-,分別占陰離子總量的45.86%和2.93%;在陽離子中,含量最高的是Na+,占陽離子總量的60.51%,其次是K+、Ca2+和Mg2+,占陽離子總量的24.87%、13.74%和0.88%。說明該地區(qū)土壤類型為硫酸鹽-氯化物鹽土。對原始鹽分離子與光譜反射率進行相關(guān)性分析表明原始七個離子的原始相關(guān)系數(shù)與光譜反射率并沒有顯現(xiàn)出良好的相關(guān)性,因此對其進行了一階、二階微分和連續(xù)統(tǒng)去除的處理,結(jié)果表明,K+、Na+、Cl-、HCO3-、Ca2+、Mg2+通過連續(xù)統(tǒng)去除后、SO42-一階微分處理后更有利于敏感波段的提取。采用一階微分、二階微分和連續(xù)統(tǒng)去除處理后的七大離子敏感波段分別建立多元線性回歸模型,在模型中SO42-、HCO3-、Cl-、Na+、K+、Mg2+、Ca2+的R2分別為0.84、0.70、0.71、0.79、0.74、0.85、0.76,P值分別為0.046、0.037、0.039、0.048、0.044、0.034、0.023,P0.05均達到良好的預(yù)測結(jié)果。
[Abstract]:Soil salinization is the most common process of land degradation. Natural factors and unreasonable use of human make salinization and secondary salinization prominent. Xinjiang is a typical arid and semi-arid regions, due to high temperature and rainfall, strong evaporation, soil salt to the surface with the water evaporation, water into water vapor into the air, and a lot of salt accumulation in the surface soil, saline soil formation. The salinized soil is not only low yield, low fertilizer, low crop survival rate and poor sustainable utilization, therefore, it is very necessary to carry out the soil salinization monitoring. The traditional monitoring method not only needs a lot of manpower, material resources, and financial resources, but also results from both surface and non representativeness. With the birth and development of hyperspectral technology, these defects are gradually made up. This paper takes Xinjiang typical salinization as the research object, using the portable spectrometer with high spectral curves obtained different texture of soil water and salt content and ion content of eight, the first order differential, two order differential, continuum removal method of data processing to transform the original spectral content of the soil, using hyperspectral technology, salinization of soil moisture salt and eight ions synchronous acquisition. The main conclusions are as follows: (1) from the gradient of different water content, high spectral reflectance of the two kinds of soil texture were increased with water content showed a downward trend and the variation of reflectivity is significantly greater than the sand loam; from different salt content, salt content increased with high spectral reflectance in two texture generally showed an increasing trend different from the gradient; water salt content, the original high spectral reflectance and water salt water and salt content did not show significant correlation. (2) after the first order differential, two order differential and continuum removal, the correlation coefficients of the original water and salt spectral data have been significantly improved. However, the correlation coefficients of the three spectra processed with different water and salt contents are significantly different. In loam soil, the spectral curve of water and salt with 0% water content and 10% water content was removed by continuum. The first order differential and 19% water content of water salt spectrum curve of 15% water content took the first derivative and water salt spectral curve after two order differentiation, which was more conducive to the improvement of correlation coefficient. In sandy soil, the spectral curve of water and salt of 0% water content is removed by continuum. The correlation coefficient of water and salt spectrum of 10% water content, 15% water content and 19% water content is increased more significantly after two order differential treatment. (3) to select significant band first-order differential, two order differential and continuum removal after established a multiple linear regression model, the forecasting model of water on R2 were 0.85, 0.91, 0.89, 0.93, 0.71 when the salt content of 6.38 m S/cm loam, sandy soil salt content of the water forecast model the R2 were 0.83, 0.95, 0.87, 0.80, 0.74, 0.78, 7.45 m S/cm, significant correlation; in different water salinity prediction model, soil water content of 12% when the prediction of the salt content of R2 were 0.89, 0.92, 0.82, 0.73, 16% when the soil water content prediction of the salt content of R2 were 0.82, 0.90, 0.78, 0.86, 0.68, significantly correlated in water and salt; synchronous prediction model, 10% moisture content, salt content of 5.83 m S/cm soil water salt content synchronization prediction of R2 reached 0.84, sand 13% moisture content, salt content of 7.45m S/cm, water and salt the content of the same The prediction of R2 is 0.90, and the prediction results are better. (4) soil in saline soil anion was the highest content of Cl-, the percentage of total anions was 51.21%, followed by SO42- and HCO3-, respectively, 45.86% and 2.93% of total anion; the cation, the content of Na+ was the highest, accounting for 60.51% of the total cation, followed by K+, Ca2+ and Mg2+, accounting for cation a total of 24.87%, 13.74% and 0.88%. It shows that the soil type of this area is sulfate chloride saline soil. The original salt ions and spectral reflectance correlation analysis shows that the original correlation coefficients of the original seven ions and spectral reflectance and did not show a good correlation, so the first and two order differential and continuum removal treatment, the results show that the K+, Na+, Cl-, HCO3-, Ca2+, Mg2+ by continuous after the removal of SO42-, the extraction of first order differential treatment is more conducive to the sensitive band. Multiple linear regression models are established by the first order differential, two order differential and continuum removal after seven ion sensitive bands, SO42-, HCO3-, Cl- in the model, Na+, K+, Mg2+, Ca2+ and R2 were 0.84, 0.70, 0.71, 0.79, 0.74, 0.85, 0.76, P respectively 0.046, 0.037, 0.039, 0.048, 0.044, 0.034, 0.023, P0.05 achieved good prediction results.
【學(xué)位授予單位】：石河子大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S156.41

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