基于近地多光谱和TM/OLI影像的黄河三角洲典型区域土壤盐分估测研究

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土壤盐渍化目前已经成为一个全球性的生态环境问题。土壤的盐渍化不仅会引起土壤板结、肥力下降,还会造成资源破坏、农业生产损失,是农业开发和可持续发展的重大限制条件和障碍因素,严重威胁生物圈和生态环境。黄河三角洲是国家级高效生态经济区,是我国重要的中低产田和后备土地资源开发区。该区盐渍化土地面积大、分布广泛,严重制约着该区农业生产活动。准确掌握该区土壤盐分状况及其动态变化,对科学指导盐渍土的改良,防止土壤次生盐渍化,合理开发利用盐渍土资源,提高土地生产力,维持生态可持续发展具有重要意义。本文选取黄河三角洲典型区域作为研究区,利用近地多光谱数据与TM/OLI遥感影像数据分别构建土壤盐分估测模型。首先,选取无棣“渤海粮仓”样板区,进行了小尺度基于近地多光谱的土壤盐分估测模型研究,将土壤盐分实测值与基于近地多光谱得到的植被指数进行相关和回归分析,建立多种土壤盐分估测模型,通过进一步优选和验证,确定最佳估测模型,得到了较理想结果。其次,为了探索该方法的适用性,将该研究思路和方法应用于黄河三角洲冬小麦种植区,构建了黄河三角洲冬小麦种植区土壤盐分估测最佳模型。进而,采用2015年5月份遥感影像,通过分析各个波段信息特征以及研究区的地物光谱特征,筛选土壤盐分敏感波段,构建了基于OLI遥感影像的土壤盐分估测模型,并利用基于专家知识的决策树方法分类提取了研究区土壤盐分含量信息,经精度验证,得到较好效果。最后,将基于近地多光谱的土壤盐分估测模型反演到黄河三角洲冬小麦种植区遥感影像上,得到该区土壤盐分分布状况图,并将基于TM/OLI遥感影像的土壤盐分估测模型应用于垦利县不同时相的遥感影像,得到了垦利县不同时相的土壤盐分含量分布图,统计并分析了研究区土壤盐分含量动态变化。本文得到的主要结论主要有:(1)基于近地多光谱图像的土壤盐分估测模型基于近地多光谱图像的多种植被指数(SAVI、GNDVI、NDVI)与实测土壤盐分数据拟合,构建了18种土壤盐分含量估测模型,经过优选验证,两种不同空间尺度下的土壤盐分最佳估测模型都是以SAVI为自变量构建的线性模型。基于无棣“渤海粮仓”样板区小尺度的土壤盐分估测模型优于滨州市和东营市冬小麦种植区大尺度的估测模型。无棣“渤海粮仓”样板区估测模型的相关系数为0.901,估测精度为93.36%,相对误差最小,为6.64%。东营市滨州市大区域估测模型的相关系数、估测精度和相对误差则分别为0.864、81.44%和18.56%。总体看,研究区域越小,样点分布越密集,估测模型的精度越高。(2)基于遥感影像的土壤盐分估测模型利用TM/OLI遥感影像提取土壤盐分信息,通过选取敏感波段,构建光谱指数,构建了基于近红外波段和中红外波段的土壤盐分估测模型。估测模型的总体精度为93.04%,Kappa系数为0.7869,较好的反映了研究区土壤盐分分布状况。(3)估测模型的遥感应用整体来看,研究区冬小麦分布由西南部内陆至东北部沿海呈明显递减的空间趋势;麦田土壤盐分含量主要集中在1.5 g·kg-1-3.0 g·kg-1之间,占种植总面积的76.90%,小于1.5 g·kg-1的冬小麦种植面积占比较小,不足冬小麦种植总面积的10%;而含盐大于3.0 g·kg-1的麦田占14.09%。将基于TM/OLI遥感影像的估测模型应用于垦利县2000年、2005年、2011年遥感影像,得到该县不同时相土壤盐分分布图。通过统计分析,垦利县域土壤盐分整体上从西南内陆到东部沿海呈递增趋势。自2000年到2015年,垦利县土壤盐分整体呈下降趋势,其中中度盐渍土和盐土占比变化量最大,中度盐渍土占比从2000年的17.17%上升至2015年的24.44%,盐土占比从2000年的41.54%下降到2015年的32.43%,重度盐渍土占比一直保持在四分之一左右。中度盐渍土和盐土两大等级的土壤盐分含量变化趋势主导着整个县域土壤盐分含量的变化。
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