基于不同光谱尺度的耕地土壤重金属含量反演研究

摘要

目前耕地土壤重金属污染监测主要基于地面布点采样的物理或化学分析测量的方法进行，这种离散性、瞬时性、局地性的监测手段缺乏时空上的连续性，很难全面、动态的反演试验区重金属污染的总体状况。随着我国耕地土壤重金属污染的不断加剧，重金属污染监测急需从点至面、从静态向动态、从瞬时向连续监测发展，定量遥感技术的应用正适应这种发展的需求。
　　本文选择株洲某工业区为试验研究区，采集采样点野外高光谱数据，测定对应土壤重金属含量，通过光谱分析技术和相关分析相结合的方法提取与土壤中Cd、Pb、Zn、Cu、As相关的光谱敏感参数，以最小二乘拟合建立土壤重金属高光谱反演模型；同时根据Landsat ETM+传感器的光谱响应函数，利用实测高光谱模拟多光谱数据与土壤重金属进行定量反演研究，探讨利用多光谱数据预测耕地土壤重金属污染的可行性。
　　研究成果主要包括：1）株洲项目区耕地Cd、Pb、Zn、Cu、As等重金属浓度均在中度污染以上，污染严重程度为：Cd>Pb>Zn>Cu>As，且Cd、Pb、Zn、Cu之间有较强的赋存关系；2）通过光谱分析，得出土壤波谱特征波段范围主要为420～520nm、650～700nm、920～950nm；3)基于实测高光谱与模拟ETM+传感器光谱反演的Cu含量模型基本一致，表明Cu具有较敏感的光谱特性，为其他无光谱特性的元素（如Cd、Zn等）反演奠定了基础。4）实测高光谱数据模型比模拟ETM+多光谱数据模型的回归相关系数、精度更高，表明适当的光谱分辨率能够提高土壤重金属定量分析的精度和可靠性；5）研究表明Landsat ETM+模拟多光谱具有预测耕地土壤重金属的潜力，尤其是Cu、As元素，土壤指数有效的提高了As对模拟多光谱的敏感性，平均相对误差降低11.57％。
　　研究应用表明，基于高光谱数据和模拟多光谱数据能够获取耕地土壤重金属定量信息，为实现大范围监测土壤重金属污染提供了新思路、新方法，对类似耕地土壤重金属遥感反演具有一定的参考价值和实际意义。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 研究意义

1.4 研究目标和内容

1.5 研究技术路线

1.6 本章小结

第二章 数据采集与分析

2.1 研究区概况

2.2 实地数据采集

2.3 株洲耕地土壤重金属化学特征研究

2.4 本章小结

第三章 基于高光谱数据的土壤重金属反演研究

3.1 土壤的遥感光学特性

3.2 光谱数据预处理

3.3 株洲耕地土壤光谱特征

3.4 耕地土壤重金属高光谱定量反演模型建立

3.5 本章小结

第四章 多光谱模拟数据的土壤重金属反演研究

4.1 多光谱遥感数据选取

4.2 遥感数据预处理

4.3 多光谱遥感数据模拟

4.4 基于模拟多光谱的土壤重金属定量反演研究

4.5 本章小结

总结与展望

主要工作总结

不足与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士期间发表的论文

附录B 攻读硕士期间参与的科研项目