基于神经网络的土壤有机质及全铁含量的高光谱反演研究

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1、第一章绪论状态下，获取不同湿度士壤的光谱值，并建立模型进行土壤水分的反演，通过对反演结果的误差分析，得如采用1950nm～2250nm波段的光谱反射率估测土壤含水量的效果较好。羁时他还指出室外直接光谱测量与室内实验存在一些不同：室外条件下获得的土壤光谱中，波长1400、1900和2400nm附近的波段范固，属于水的暖收波段，受大气中水汽吸收的扰动影响，获取的数据本身质鼙较差，无法利用其进行土壤水的估测，只能做剔除处理；另外，对于波长小于450hm的波段，到达地嚣的自然光源能量本身就低，土壤表层含水量跟光谱反射率

2、的对应指数相关性较差，利用该波段估测的土壤水含量误差较大。笔者认为，室内、室外这两种条件下的研究有着很大的区别。室外(自然)条件下，影响因素众多，如：太阳辐射强度的时间变化、天气状况(云、风)、土壤覆盖、土壤杂质等；两室内条件下，很多因素可以人为地进行控制，如：土壤样品孛除±壤以外的侵入体的剔除、土样的粒径选择、稳定的光源条件等。因此，从室内模型“反演”室外模型，实现实时探测还有很多阀题亟待解决。上述研究对土壤水分与土壤反射光谱之间的规律性有了较明确的认识：±壤水分对±壤的光谱特性有多瑟的影响，在一定的含水范围

3、内，土壤在可见光和避红外的光谱反射系数随土壤水分含量的增加而减少：达到一定的土壤含水鼙之后，随着土壤水分含量的增加，±壤反射系数也随之增加，可键是土壤表层发生镜面反射所致。但是由于野外±壤反射光谱影响因素的复杂·睫，舀前大多数土壤水分与反射光谱的量化研究是基予室内光谱数据的基础上，野外土壤反射光谱与±壤水分的定量关系有待进一步研究。1．2．2±壤有机矮与±壤光谱的关系研究土壤有机质包括各种动植物残体以及微生物及其生命活动的各种有机产物。其中相对稳定的是经过复杂的生物化学转化过程，主要是微生物的生命活动形成的±壤

4、腐建质，它在土壤中的累积、移动和分解的过程是土壤形成作用中最主要的特征。土壤有机质不仅能为作物提供所需的各种营养元素(如氮、磷、钾等)，同时对±壤结构的形成、改善±壤物理性状(如提高土壤的保肥能力和缓冲性能)有决定性作用。因此，除低洼地外，一般来说，土壤有极厦含量的多少，是土壤肥力高低鲶一个重要指标。在国内外关于土壤有机质与土壤光谱关系的研究中，虽然得出的结论不尽相同，但是是可以表明两者之阀存在一定关系，有的还初步探索出±壤有机质对光谱影响的一些规德。Bowers和Hanks(1965)蹲1报道了土壤有机质对土

5、壤反射特性的影响，氧化土壤有机质能提高±壤反射系数，对粉砂壤土中的有机质艟氧化处理恁，比来处理原土样的反射系数4第一章绪论提高8。2％。AI-Abbas等(1972)n引表明土壤反射光谱与土壤有机质含量呈显著负相关。Stone和8aumgardner(1981)【8’也发现当土壤有机质含量增加时，整个短波嚣域光谱反射率一般是减少的。Dematte等(1992)㈣研究也发现去除土壤的有机质，能够提高400～2500nm范围内的土壤反射系数。Chang等(2002)n81从有机质结构组成的危度解释了近红外区的光谱特

6、征，并指出：有机质成分复杂，功能翻多样，因而其在近红外光谱区的光谱特征与其所含的功能爵对应解释的难度很大，一般体现为降低整个谱线的反射系数。王静等(2005)n钉遥过地物光谱分析认为，有机质含量越高的土壤，其光谱反射率越低；重度沙化土地实验室光谱曲线光谱反射率最高，依次排序为中度沙化、轻度沙化和无退化土地：且在光谱分桥的基础上，利用多元统计分析技术建立了土壤光谱基于677、1202、2074和1509rim四个波段静有机质反演模型。从上述的研究结果可以发现，土壤有机质含量与土壤反射光谱之间的负相关关系基本上得到

7、诞明，但是，这种相关关系就不同类型的±壤又有差异，很难确定出一个普遍适用的关系。不同的研究中，就有机质的“敏感”波段问题，得到的结论存在差异。徐彬彬、戴舀达(1980)幢0l通过对南疆土壤研究发现，土壤有机矮与土壤光谱在600nm波段处的弓曲差(即土壤光谱反射曲线在550和650hm两个波段的光谱反射系数的平均值与600nm波段处的光谱反射系数的差馕)极显著受相关：有机质含量越高，弓曲差越小，瞳线越平直，反之亦然。他们所确定模型中的入选波段是600nm附近的可见光波段的。沙晋明等(2003)比¨剩用VF991地

8、物光谱测量仪对八个不同环境条件下形成的±壤样品割面上的各个土层进行光谱测量，通过土壤的有机质含量与土壤反射光谱间的相关性分析，发现有枫质含量与土壤光谱在紫外区的376nm波段、可见光区的616r残、724nm波段附近有较好的负相关性。Mathews等(1973)强2’发现有机质含量同500～1200nm的光谱反射率相关较好。Krishnan等(1980)旧3

9、用逐步多无线性回归积迭代方