玄武质火山碎屑物发育土壤氧化铁高光谱特性及含量估测研究

发布时间：2020-10-13 17:49

　　 土壤中的氧化铁来自母质风化产物的再淀积,按化学方法可以分为游离氧化铁(Fed)和无定形氧化铁(Feo),土壤氧化铁含量的高低可以作为土壤系统分类中判断土壤类型的诊断指标,被认为是土壤发生和发育的函数。传统的土壤氧化铁测定方法虽然精度较高,但费时、费力,不能及时获取土壤理化性质的实时监测数据。高光谱遥感技术利用高光谱仪,可快速获得土壤的波谱信息,将室内所测化学数据与物理模型相结合建立土壤属性之间的联系,实现土壤信息的定量推算,具有快速、现势性强等传统土壤氧化铁测量方法无可比拟的优点,为了解土壤氧化铁光谱信息及其含量预测提供广阔的应用前景。本研究采集东北地区玄武质火山碎屑物发育土壤,进行了室内土壤高光谱数据的测定和氧化铁含量的化学分析,选取了Savitzky-Golay卷积平滑、一阶导数、二阶导数、标准正态变量变换、连续统去除、多元散射校正等共8种数据处理方法,采用主成分回归、偏最小二乘回归和支持向量机共3种建模方法,对其进行不同氧化铁光谱曲线特征的分析、敏感波段的提取以及预测模型的建立,建立特定区域的玄武质火山碎屑物发育土壤的氧化铁含量预测模型。主要结论如下:1、玄武质火山碎屑物发育土壤氧化铁的光谱曲线在可见光波段急剧上升,形状陡峻,近红外波段斜率变化不均匀,形成几个波折。不同形态氧化铁含量的光谱曲线反射率值的具体波段变化范围也不同,其吸收和反射特征主要集中在400~1100nm波段范围内,具体响应波段集中在420nm、480nm、910nm附近的反射峰和吸收谷,其反射峰或吸收谷的大小与氧化铁含量有关。2、基于原始光谱反射率SG卷积平滑、一阶微分、二阶微分、标准正态变量校正、连续统去除、多元散射校正处理后分别与玄武质火山碎屑物发育土壤的游离铁含量和无定形铁含量进行相关性分析,相关性均表现为显著增强,相关性最佳的处理方法是对原始光谱做多元散射校正处理。3、全谱范围内,采用主成分回归、偏最小二乘回归和支持向量机3种建模方法分别建立2种形态氧化铁含量的预测模型。在反演土壤氧化铁含量时较好的方法是多元散射校正处理和一阶导数处理,支持向量机模型为土壤氧化铁含量高光谱的最优估测模型,可以用来对土壤氧化铁含量进行估测。
【学位单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S153
【部分图文】：

@1400nm8.1nm，@2100nm 0.1nm (平均标准差波长校准 0.5nm (波长校准拟合的平均误差；对任意VNIR——9,000:1 @700nmSWIR1——9,000:1 @1400nSWIR2——9,000:1 @2100n器 512 像元硅阵列器 InGaAs 光电二极管，TE 冷器 InGaAs 光电二极管，TE 冷数值孔径—0.22VNIR—11×200μSWIR—9×200μ300MB，约为 6000 个样品（不含0 至 40℃入培养皿中，高度超过皿壁，然后用直尺刮平上，将仪器采集窗压在样品上，保持样品和仪。土样光谱采集完毕之后，将培养皿中土样再皿清理干净，重复进行下一土样的采集工作。

第三章 玄武质火山碎屑物发育土壤的光谱特征及土壤氧化铁响应波段研究三章 玄武质火山碎屑物发育土壤高光谱特征及土壤氧化应波段研究.1 玄武质火山碎屑物发育土壤的光谱特征分析1.1 高光谱总体特征图 3-1 为 96 个玄武质火山碎屑物发育土壤样品的原始光谱曲线，总体而言样的原始光谱特性曲线是有变化的，表现在可见光波段急剧上升；近红外波段不均匀，形成几个波折，其中 1400nm，1900nm 和 2200nm 附近为三个明显的谷，主要是因为水分吸收了附近的电磁波。总体表现为：反射率在 400~780n随波长的增加不断增加；在 780~1330nm 范围内随波长的增加先缓慢下降然后升；在 1400~1860nm 范围内趋于平缓；在 1920~2450nm 范围内出现两个反复减。

大吸收谷和反射峰，更好的反映光谱吸收特征，突出吸收波段位置和形状的微小变化，并将其归一到一个一致的光谱背景上，便于和其他光谱特征进行数值比较，从而提取出特征波段。由图3-2和3-3连续统曲线可知，不同氧化铁含量土壤的光谱曲线400~1100nm存在较大的差异，其余波段无明显变，因此只对土壤在 400~1100nm 波段的曲线进行特征差异的分析。以氧化铁含量最低的土样的光谱曲线为参考曲线，研究随着土壤氧化铁含量的增加，不同梯度氧化铁含量光谱曲线与参考曲线之间的变化趋势。图 3-2 不同游离铁含量土样的反射光谱曲线（左）与连续统曲线（右）Fig.3.2 Reflectance and continuum removal spectral of soils with different Fed content图 3-2 显示的是不同游离铁含量土壤的反射光谱曲线和连续统曲线。由反射光谱曲线（左）可以看出，不同游离铁含量土样的反射率值在 400~600nm 波段都较小，且反射率差异不明显；600nm 以后反射率差异变大，以含量 42.94 g/kg 和 31.00 g/kg 土样的反射率最高
【参考文献】

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本文编号：2839493