江蘇濱海鹽堿地“棉花--土壤”水鹽變化的光譜監(jiān)測研究.pdf

1、鹽堿地是濱海地區(qū)限制土地生產(chǎn)力的重要限制因素，在作物生長和生產(chǎn)過程中受到水鹽脅迫影響，嚴重影響著地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展。棉花作為鹽堿地的先鋒作物，大力提高監(jiān)測棉田作物水鹽變化以及棉田土壤水鹽變化對于棉花的產(chǎn)量和品質(zhì)至關(guān)重要。本研究對棉花功能葉光譜和土壤表層光譜進行探究，確定棉花葉片光譜與葉片水鹽含量的密切關(guān)系、土壤表層光譜與土壤水鹽含量的密切關(guān)系，并以此為依據(jù)構(gòu)建棉花功能葉高光譜水鹽監(jiān)測模型、棉田土壤水鹽高光譜監(jiān)測模型。
　　本研究于201

2、4-2015年基于江蘇省濱海鹽堿地地區(qū)，選擇鹽堿地具有鹽分梯度代表性的生態(tài)試驗點，共設(shè)置5個生態(tài)位點進行取樣。分別獲取棉花四個生長期的棉花功能葉光譜、棉田土壤室內(nèi)表層光譜，研究優(yōu)化了棉花功能葉高光譜參數(shù)的水鹽監(jiān)測精確模型;濱海鹽土土壤水分與高光譜之間的關(guān)系并建立監(jiān)測模型;濱海鹽土土壤電孚率與高光譜之間的關(guān)系并建立監(jiān)測模型。主要研究結(jié)果如下:
　　1濱海鹽堿地基于棉花功能葉高光譜參數(shù)的水鹽監(jiān)測模型研究
　　試驗于2014-20

3、15年在江蘇省濱海鹽堿地選擇具有鹽分梯度代表性的5個生態(tài)試驗點，研究了棉花功能葉光譜反射率與葉片水鹽含量的關(guān)系，基于已有葉片水鹽光譜監(jiān)測模型進行參數(shù)修正，構(gòu)建出更為精確的鹽堿地棉花水鹽光譜監(jiān)測模型。結(jié)果表明:農(nóng)學(xué)參數(shù)為水分時，RWC、EWT與葉片光譜反射率相關(guān)性較大的波段分別為1390-2430nm、1390-2430nm(r＞0.6)，且分別呈現(xiàn)出負相關(guān)關(guān)系、正相關(guān)關(guān)系，經(jīng)光譜參數(shù)修正后的模型精度優(yōu)于前人模型;農(nóng)學(xué)參數(shù)為鹽分時，Cl-

4、含量、Na+含量與葉片光譜反射率相關(guān)性較大的波段分別為1390-2450nm、1390-2440nm(r＞0.6)，且兩者均呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系，經(jīng)光譜參數(shù)修正后的模型精度優(yōu)于前人模型。因此，濱海鹽堿地情況下新構(gòu)建的棉花功能葉RWC、EWT、Cl-含量、Na+含量與葉片光譜反射率的光譜監(jiān)測模型可以更好地用來監(jiān)測濱海鹽堿地棉花葉片的水鹽狀況。
　　2濱海鹽土土壤水分的高光譜參數(shù)及估測模型研究
　　基于濱海鹽土5個試驗點的土壤含水量

5、和室內(nèi)土壤表面高光譜反射率，綜合分析了350～2500 nm波段范圍內(nèi)土壤含水量與土壤光譜之間的關(guān)系，并基于比值光譜指數(shù)(RSI)、歸一化光譜指數(shù)(NDSI)和差值光譜指數(shù)(DI)確定了光譜參數(shù)，進而構(gòu)建土壤含水量估測定量模型。結(jié)果表明:濱海鹽土原始光譜反射率與土壤含水量呈顯著負相關(guān)關(guān)系，且最大負相關(guān)出現(xiàn)在1930nm(r=0.86)附近。對RSI、NDSI和DI的直線回歸方程、冪函數(shù)回歸方程進行對比，以RSI(R1407，R1459)

6、為自變量構(gòu)建的土壤含水量指數(shù)函數(shù)線性回歸方程決定系數(shù)最大(0.780)，標準誤較小(0.016)，擬合方程為y=0.00001e9.72053x。估測模型能夠更好地監(jiān)測濱海鹽土土壤水分狀況?；赗SI(R1407，R1459)構(gòu)建的土壤含水量估測模型可實現(xiàn)對江蘇省濱海鹽土土壤水分的精確監(jiān)測。
　　3濱海鹽堿地土壤電導(dǎo)率的高光譜監(jiān)測研究
　　本試驗基于濱海鹽堿地不同鹽堿程度的典型試驗點，通過室內(nèi)獲取土壤表面高光譜反射率，綜合分

7、析了不同變換形式下土壤電導(dǎo)率與土壤反射光譜之間的關(guān)系，確定了構(gòu)建模型所需的敏感波段，通過不同變換形式下逐步回歸方程監(jiān)測模型的對比，確立最佳濱海鹽堿地土壤鹽分含量光譜監(jiān)測模型。結(jié)果表明，土壤電導(dǎo)率與土壤光譜反射率之間存在明顯的負相關(guān)關(guān)系，基于對數(shù)的倒數(shù)變換形式下以760nm和1052nm為自變量構(gòu)建的逐步回歸方程監(jiān)測效果最好，檢驗指標中決定系數(shù)(R2)最大、根均方差(RMSE)最小和斜率(Slope)最接近于1，模型方程為:y=88.77

8、16-44.1497x1+90.0946x2。結(jié)論:基于對數(shù)的倒數(shù)變換形式下構(gòu)建的土壤電導(dǎo)率估測模型可實現(xiàn)對江蘇濱海鹽堿地土壤鹽分狀況的精確監(jiān)測。
　　濱海鹽堿地的情況下，棉花葉片中的水分和鹽分含量受到土壤水鹽運移的影響而有所變化，葉片光譜和土壤光譜直接反映這種變化過程。研究發(fā)現(xiàn)葉片光譜與葉片水分和鹽分含量之間存在較強的相關(guān)關(guān)系且敏感波段均在1390-2430nm附近，有學(xué)者構(gòu)建了土壤鹽分模擬情況下的棉花葉片水鹽估測模型，但仍需大