本文關(guān)鍵詞：基于高光譜數(shù)據(jù)和MODIS影像的土壤理化性質(zhì)反演，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：土壤鹽漬化減弱土壤通透性,抑制作物生長(zhǎng),影響作物產(chǎn)量,制約農(nóng)業(yè)發(fā)展。傳統(tǒng)的土壤電導(dǎo)率和有機(jī)質(zhì)等理化性質(zhì)測(cè)定方法存在檢測(cè)速度慢、實(shí)時(shí)性差、有污染等特點(diǎn),且采樣數(shù)量受人力及物力等因素的限制,無(wú)法大面積實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)檢測(cè)。隨著3S技術(shù)的飛速發(fā)展,其在土壤信息的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。土壤遙感信息技術(shù)可大面積獲取土壤信息,且不受時(shí)空、地形等限制,可獲得實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的土壤信息�；诟吖庾V及遙感反演技術(shù)獲取大面積土壤信息對(duì)鹽漬化土壤的治理和可持續(xù)農(nóng)業(yè)的管理工作十分必要。本研究以新疆維吾爾族自治區(qū)瑪納斯河流域?yàn)檠芯繉?duì)象,基于農(nóng)田采樣及室內(nèi)土壤理化性質(zhì)的分析測(cè)定,對(duì)土壤理化性質(zhì)進(jìn)行空間變異性的研究;利用逐步線性回歸(SLR)、偏最小二乘回歸(PLSR)和支持向量回歸(SVR)等方法建立土壤理化性質(zhì)的光譜反射率模型,并基于MODIS影像和建立的土壤理化性質(zhì)與波段反射率與光譜指數(shù)的模型繪制出瑪納斯河土壤理化性質(zhì)空間分布圖。獲得的主要結(jié)果如下:(1)利用經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)分析瑪納斯河流域土壤潛在斥水時(shí)間(WDPT)、粘(CL)粉(SI)砂(SA)含量、電導(dǎo)率(EC)、有機(jī)質(zhì)(SOM)、鉀([K+])、鈉([Na+])、鈣([Ca2+])、鎂([Mg2+])及鈉吸附比(SAR)等理化性質(zhì)的特征。兩層土壤WDPT均值均小于5s,為不斥水土壤,變異程度為中等程度變異;土壤粘粉砂含量變異系數(shù)在0.1到1之間,屬中等程度變異;[K+]、[Na+]、[Ca2+]、[Mg2+]、EC和SOM變異系數(shù)均大于1,為強(qiáng)變異。對(duì)土壤理化性質(zhì)兩兩間的相關(guān)性進(jìn)行分析,土壤WDPT受土壤質(zhì)地的影響較大,土壤EC和SOM與CL、SI、SA及[K+]、[Na+]、[Ca2+]、[Mg2+]部分顯著相關(guān),SAR與土壤陽(yáng)離子大多呈顯著相關(guān)。利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行插值預(yù)測(cè)瑪納斯河流域土壤屬性的空間分布規(guī)律。土壤CL、SI、SA、EC在0-10cm層與10-20cm層分布具有相似規(guī)律,而土壤WDPT、SOM、[K+]、[Na+]、[Ca2+]、[Mg2+]和SAR在0-10cm層與10-20cm層分布規(guī)律較為不同。(2)利用瑪納斯河流域221個(gè)建模樣本得出log(EC)、SOM和SAR與變換光譜包括原始反射率(R)、標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量(SNV)、歸一化植被指數(shù)(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)、歸一化指標(biāo)(CR)、倒數(shù)的對(duì)數(shù)(LR)和一階微分(FDR)的逐步線性回歸模型。經(jīng)建模、驗(yàn)證參數(shù)以及散點(diǎn)圖的綜合對(duì)比表明,log(EC)~R模型為預(yù)測(cè)瑪納斯河流域土壤EC的最佳模型。其模型調(diào)整決定系數(shù)(Radj2)為0.94,相關(guān)系數(shù)(r)為0.78,均方根誤差(RMSE)為0.25�；陬愃品椒�,選擇SOM~NDVI和SAR~FDR模型分別作為瑪納斯河流域SOM和SAR的最佳預(yù)測(cè)模型。對(duì)比三種土壤理化性質(zhì)建立的最優(yōu)高光譜反射率模型,土壤EC預(yù)測(cè)模型精度最高,SOM預(yù)測(cè)模型次之,SAR預(yù)測(cè)模型精度最低。(3)基于逐步線性回歸(SLR)、偏最小二乘回歸(PLSR)和支持向量回歸(SVR)等3種方法,利用瑪納斯河流域安集海灌區(qū)78個(gè)土壤樣品得出[Na+]、[Ca2+]、[Mg2+]、CL、SI、SA、SOM、EC與變換光譜R、LR和SNV的模型。基于3種方法的[Na+]、[Ca2+]、[Mg2+]預(yù)測(cè)模型決定系數(shù)R2值均較高,但其相對(duì)分析誤差(RPD)均1.4,這些模型都不具有預(yù)測(cè)能力。選定基于SVR方法的SAR~SNV模型作為瑪納斯河流域土壤SAR的最佳預(yù)測(cè)模型,預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值R2為0.87,RPD為2.13。選定基于SLR方法的CL~R、SI~LR和SA~R模型為瑪納斯河流域安集海灌區(qū)土壤粘粉砂含量最佳預(yù)測(cè)模型,模型預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的R2分別為0.62,0.77,0.71,RMSE分別為4.90,3.49,7.98。選定基于SLR方法的SOM~SNV和log(EC)~LR模型為瑪納斯河流域安集海灌區(qū)SOM和EC的最佳預(yù)測(cè)模型,模型預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的R2分別為0.67和0.57,RMSE分別為3.99和0.27。(4)基于遙感影像不同波段反射率和鹽分指數(shù)(SI)、亮度指數(shù)(BI)、差值植被指數(shù)(DVI)和歸一化植被指數(shù)(NDVI)等光譜指數(shù)反演的EC最小值與實(shí)測(cè)值接近,而最大值都比實(shí)測(cè)值小,基于波段反射率和光譜指數(shù)反演結(jié)果的CL、SI和SA與EC反演結(jié)果與實(shí)測(cè)值的對(duì)比上具有相同規(guī)律。實(shí)測(cè)的土壤屬性空間分布變化較大,反演得到的土壤屬性在空間分布格局上變化較小。
【關(guān)鍵詞】：土壤理化性質(zhì) 光譜反射率 MODIS影像 逐步線性回歸 瑪納斯河流域
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S156.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-17
• 1.1 研究的目的和意義12-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展和存在問(wèn)題13-15
• 1.2.1 土壤屬性的空間變異性研究進(jìn)展13
• 1.2.2 土壤屬性的土壤光譜反射率研究進(jìn)展13-14
• 1.2.3 土壤屬性的多光譜遙感反演研究進(jìn)展14-15
• 1.2.4 目前研究中存在的問(wèn)題15
• 1.3 研究?jī)?nèi)容15-16
• 1.4 研究方法及技術(shù)路線16-17
• 第二章 瑪納斯河流域土壤理化性質(zhì)的空間分布17-29
• 2.1 研究區(qū)概況與樣品采集17
• 2.2 測(cè)定項(xiàng)目與試驗(yàn)方法17-18
• 2.3 瑪納斯河流域土壤理化性質(zhì)的經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)分析18-20
• 2.3.1 粘粉砂含量的經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)分析18-19
• 2.3.2 陽(yáng)離子濃度和鈉吸附比的經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)分析19-20
• 2.3.3 潛在斥水時(shí)間、電導(dǎo)率和有機(jī)質(zhì)的經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)分析20
• 2.4 土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性20-22
• 2.5 土壤理化性質(zhì)的空間分布22-27
• 2.5.1 潛在斥水時(shí)間空間分布22
• 2.5.2 粘粒含量空間分布22-23
• 2.5.3 粉粒含量空間分布23
• 2.5.4 砂粒含量空間分布23-24
• 2.5.5 電導(dǎo)率空間分布24
• 2.5.6 有機(jī)質(zhì)含量空間分布24-25
• 2.5.7 鉀離子濃度空間分布25
• 2.5.8 鈉離子濃度空間分布25-26
• 2.5.9 鈣離子濃度空間分布26
• 2.5.10 鎂離子濃度空間分布26-27
• 2.5.11 鈉吸附比空間分布27
• 2.6 小結(jié)27-29
• 第三章 瑪納斯河流域土壤理化性質(zhì)的光譜反射率模型29-41
• 3.1 材料與方法29-30
• 3.1.1 土壤光譜反射率的測(cè)定及預(yù)處理29
• 3.1.2 模型建立與檢驗(yàn)29-30
• 3.2 土壤建模集與驗(yàn)證集的劃分30-31
• 3.3 土壤光譜曲線及其與土壤屬性的相關(guān)性分析31-34
• 3.3.1 土壤光譜曲線特征31
• 3.3.2 土壤屬性與變換光譜的相關(guān)關(guān)系31-34
• 3.4 基于逐步線性回歸方法的土壤理化性質(zhì)光譜反射率模型34-40
• 3.4.1 電導(dǎo)率的光譜反射率模型35-37
• 3.4.2 有機(jī)質(zhì)的光譜反射率模型37-38
• 3.4.3 鈉吸附比的光譜反射率模型38-40
• 3.5 討論40
• 3.6 小結(jié)40-41
• 第四章 安集海灌區(qū)不同方法土壤理化性質(zhì)建模及預(yù)測(cè)41-57
• 4.1 材料與方法41
• 4.2 安集海灌區(qū)土壤理化性質(zhì)的描述性統(tǒng)計(jì)分析41-44
• 4.2.1 粘粉砂含量的統(tǒng)計(jì)特征41-42
• 4.2.2 鈉鈣鎂離子和鈉吸附比的統(tǒng)計(jì)特征42-43
• 4.2.3 有機(jī)質(zhì)和電導(dǎo)率的統(tǒng)計(jì)特征43-44
• 4.3 土壤光譜反射率曲線44-46
• 4.3.1 實(shí)測(cè)土壤光譜反射率曲線44
• 4.3.2 土壤光譜反射率及其變換形式與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)關(guān)系44-46
• 4.4 基于逐步線性回歸的土壤理化性質(zhì)建模及驗(yàn)證46-52
• 4.4.1 鈉鈣鎂離子和鈉吸附比與變換光譜建模及驗(yàn)證46-48
• 4.4.2 粘粉砂含量建模及驗(yàn)證48-50
• 4.4.3 有機(jī)質(zhì)和電導(dǎo)率的建模及驗(yàn)證50-52
• 4.5 基于偏最小二乘回歸的土壤理化性質(zhì)建模及驗(yàn)證52-54
• 4.5.1 鈉鈣鎂離子濃度和鈉吸附比的建模及驗(yàn)證52
• 4.5.2 粘粉砂含量建模及驗(yàn)證52-53
• 4.5.3 有機(jī)質(zhì)和電導(dǎo)率建模及驗(yàn)證53-54
• 4.6 基于支持向量回歸方法的土壤理化性質(zhì)建模及驗(yàn)證54-55
• 4.6.1 鈉鈣鎂離子濃度和鈉吸附比建模及驗(yàn)證54-55
• 4.7 討論55-56
• 4.8 小結(jié)56-57
• 第五章 基于MODIS數(shù)據(jù)的土壤理化性質(zhì)建模及空間分析57-64
• 5.1 MODIS影像下載57-58
• 5.2 電導(dǎo)率和粘粉砂含量的經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)分析58
• 5.3 MODIS波段反射率分析58-60
• 5.4 電導(dǎo)率、粘粉砂含量與MODIS反射率及光譜指數(shù)的模型60-63
• 5.4.1 電導(dǎo)率與MODIS反射率的關(guān)系60
• 5.4.2 粘粉砂含量與MODIS反射率和光譜指數(shù)的關(guān)系60-63
• 5.5 討論63
• 5.6 小結(jié)63-64
• 第六章 結(jié)論與建議64-66
• 6.1 結(jié)論64-65
• 6.2 存在的問(wèn)題與建議65-66
• 參考文獻(xiàn)66-71
• 致謝71-72
• 作者簡(jiǎn)介72

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 張美玲;殷紅;辛明月;陳龍;付煒;張麗敏;;基于MODIS影像的沈陽(yáng)城市熱島效應(yīng)及其與植被指數(shù)的關(guān)系研究[J];沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2011年05期

2 田玉剛;廖小露;張長(zhǎng)興;;基于時(shí)間序列MODIS影像的暴雨后作物淹沒(méi)歷時(shí)提取方法[J];遙感技術(shù)與應(yīng)用;2012年05期

3 侯慧姝;楊宏業(yè);王秀梅;;基于MODIS影像的內(nèi)蒙古草原積雪監(jiān)測(cè)[J];測(cè)繪科學(xué);2010年04期

4 柴永強(qiáng);邵峰晶;孫仁誠(chéng);王常穎;;基于決策樹的MODIS影像赤潮智能檢測(cè)技術(shù)[J];青島大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2012年02期

5 田偉國(guó);彭佳棟;沈軍;李賽;;基于MODIS影像序列的三峽截流前后洞庭湖面積變化序列分析(英文)[J];Agricultural Science & Technology;2012年06期

6 陳德智;秦其明;;利用MODIS影像數(shù)據(jù)獲取融雪信息[J];遙感技術(shù)與應(yīng)用;2006年01期

7 蔣耿明,牛錚,阮偉利,劉正軍;MODIS影像條帶噪聲去除方法研究[J];遙感技術(shù)與應(yīng)用;2003年06期

8 吳軍;張萬(wàn)昌;;MODIS影像條帶噪聲去除的自相關(guān)插值法[J];遙感技術(shù)與應(yīng)用;2006年03期

9 田偉國(guó);彭嘉棟;沈軍;李賽;;基于MODIS影像序列的三峽截流前后洞庭湖面積變化序列分析[J];安徽農(nóng)業(yè)科學(xué);2012年16期

10 遲麗寧;邵峰晶;王常穎;孫仁誠(chéng);;基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的MODIS影像綠潮檢測(cè)[J];青島大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2012年02期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 劉占宇;王立濤;程家安;;基于長(zhǎng)時(shí)間序列MODIS影像的中南半島水稻種植時(shí)空分布研究[A];第十七屆中國(guó)遙感大會(huì)摘要集[C];2010年

2 邵軍榮;吳時(shí)強(qiáng);吳修鋒;譚平;孫堅(jiān);;基于MODIS影像分析太湖生物量與氣溫關(guān)系[A];中國(guó)原水論壇專輯[C];2010年

3 林麗群;舒寧;肖俊;;MODIS影像自動(dòng)變化檢測(cè)[A];第十五屆全國(guó)遙感技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文摘要集[C];2005年

4 郭鵬;鄒春輝;趙學(xué)斌;;MODIS影像水體監(jiān)測(cè)方法研究進(jìn)展[A];第28屆中國(guó)氣象學(xué)會(huì)年會(huì)——S1第四屆氣象綜合探測(cè)技術(shù)研討會(huì)[C];2011年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 汪超;基于MODIS影像空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)及中國(guó)區(qū)域云量分析研究[D];安徽師范大學(xué);2015年

2 肖珍珍;基于高光譜數(shù)據(jù)和MODIS影像的土壤理化性質(zhì)反演[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2016年

3 張蕓;基于北京一號(hào)和MODIS影像的爛沙洋水域水深遙感研究[D];南京師范大學(xué);2008年

  本文關(guān)鍵詞：基于高光譜數(shù)據(jù)和MODIS影像的土壤理化性質(zhì)反演，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：338747