基于野外实测光谱监测的潍北地区土壤盐分含量研究

摘要

土壤资源的质量和数量在一定程度上对社会的经济发展、地区的农业结构有着重要的影响。然而目前由于人类多种不合理行为使得土壤问题不断显现，其中滨海地区土壤盐渍化现象影响了当地人们的生产生活、对生态环境造成了极大的破坏。为掌握盐分含量空间分布情况，及时了解盐分时空变化的有效信息,对滨海地区的土壤盐分含量开展监测研究具有重要的现实意义。
　　本文将潍坊北部海咸水入侵地区作为研究区，在国家自然科学基金项目（41371395）、山东省地质环境监测总站“黄河三角洲高效生态经济区（潍坊）海咸水入侵调查与监控预警系统建设”、山东省自然科学基金“山东省国土资源遥感波谱库建设项目”以及“龙口矿区及周边海岸带遥感监测研究”的共同支持下，在野外采集光谱数据与化验数据的基础上，借助不同形式的光谱指标建立土壤盐分参数多元逐步回归模型和主成分回归模型；选取盐分参数最优模型进行反演计算；结合地统计学方法对盐分参数的空间分布特征进行分析，并借助克里格插值法对研究区每个盐分参数进行空间制图。主要研究内容与研究结果如下：
　　（1）在潍坊北部地区野外布设了111个样点，采样结果为：其中53个化验样点的土壤样本不仅测量野外光谱，还进行土壤盐分化验，考虑项目经费等原因将剩余58个样本作为估测样点，只采集土壤光谱，不进行理化实验。
　　（2）根据化验样点中35个土样的理化性质和光谱变换数据，得到多元逐步估测模型和主成分估测模型，进行对比选出最优估测模型和建模指标。结果表明借助二阶微分变换指标建立的土壤全盐量、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、PH含量逐步多元回归模型建模样本R2的数值分别为0.984、0.916、0.963、0.791、0.976、0.901，检测样本决定系数分别为0.7208、0.7177、0.7331、0.5845、0.6003、0.644，以及借助二阶微分变换指标建立的土壤Cl-、SO42-、HCO3-含量主成分模型，其建模样本决定系数分别为：0.869、0.821、0.601，检测样本决定系数分别为0.7654、0.5923、0.7204，共9组最优模型，证明选取的建模方法与建模指标在研究区内具有较高的普适性，可为研究区土壤盐分定量监测研究提供理论依据。
　　（3）选出的9组最优估测模型结合58个估测样本的光谱数据进行土壤盐分含量反演，得到58个估测样本土壤盐分参数，全盐量、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、PH的平均值分别为1209、19.983、260.751、75.208、45.763、314.42、300.51、273.63、7.337。
　　（4）土壤中全盐量、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、PH原始数据值描述性统计结果表明：土壤盐分参数的变异系数(CV)中， PH最低为2.99％， Cl-最高为314.42%。PH为弱变异性(CV<10%)，全盐量、Cl-、K+、Mg2+、Na-、SO42-为强变异性(CV>100%)，Ca2+、HCO3-的空间变异性为中等变异（10%≤CV≤100%）。
　　（5）将对数变换后的土壤盐分参数进行变异函数拟合，结果表明，研究区内样本中的Ca2+、HCO3-、K+、Mg2+和PH理论模型均为高斯模型，此外，土壤中Cl-, Na+, SO42-的理论模型为指数模型，全盐量的最优拟合模型为球状模型。土壤全盐量、Cl-、K+、Mg2+、Na+、PH含量具有中等的空间自相关性，土壤中Ca2+、HCO3-、SO42-含量具有较强的空间自相关性。
　　（6）根据盐分含量的实测值和反演做空间插值图，其结果表明：研究区土壤全盐量从东北向西南呈现逐渐递减的趋势，可能受到海水和距海远近的影响，土壤母质中的固有盐土物质在一定程度上也是影响研究区内土壤盐分含量组成和分布情况的重要来源。K+、Na+、Cl-、Mg2+、SO42-和HCO3-的空间分布表现为由沿海向内陆逐渐递减的趋势，其中SO42-和HCO3-的水平分布情况大致呈现由东北高西北低，但由沿海到内陆的增长趋势不太明显。水平方向上土壤全盐量、K+、Na+、Cl-、Mg2+具有高度的空间连续性和方向性，PH和Ca2+的空间分布呈现斑块状。

目录

声明

1 绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究进展

1.3研究内容与技术路线

2 研究区概况

2.1地理位置

2.2气候和水文条件

2.3 地质地貌

3 数据准备

3.1土壤样本采集与制备

3.2实测光谱数据预处理

3.3 光谱反射率数据变换处理

4 基于实测光谱的土壤盐分含量建模与反演

4.1 数据分析

4.2多元逐步回归模型

4.3 主成分回归模型建立

4.4 最优模型土壤盐分含量反演

5 土壤盐分含量空间分布特征分析

5.1 地统计学及克里格方法介绍

5.2 土壤盐分含量空间结构特征分析

5.3土壤盐分含量空间插值

6 结论与展望

6.1研究成果与结论

6.2存在的问题与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢