基于高光谱遥感的干旱区盐碱土盐分类型识别与盐分含量的精确反演

Soil salinity is one of the main causes of desertification and land degradation. It seriously impact the local ecology and envrionment, and affect the agriculture produce. This problem is very serious in arid land of the northwest area. The project will combine field measurements and laboratory simulation experiments, with simultaneous measurement of spectral information and soil parameters (such as soil moisture and soil salt types and content) in a variety of different treatments, to build a basis and integration database platform of hyperspectral remote sensing. Combining the spectral index (SI) with the radiation transfer model (RTM) methods, to reveal the soil salinity types and salt content in arid land, to explore a new method to retrieval spatial and temporal variation of soil salinity type and content based on the physical mechanism, to solve the interference factors of other soil prameters of this retrieval, and to build a general approach for studying soil salnity type and content based on hyperspectral remote sensing technology.

土壤盐碱化是土地沙漠化和土地退化的主要类型之一，严重影响生态环境和农业生产。我国干旱区土壤盐碱化问题非常严重。项目拟通过野外观测和实验室模拟实验结合的手段，对干旱区盐碱土在多种不同处理下光谱信息和土壤水盐等参数的同步观测实验，构建高光谱遥感反演土壤参数的基础数据平台，用光谱指数和辐射传导模型结合的方法，揭示干旱区土壤盐类型与含量和光谱反射信息在不同处理下的响应机制，探求具有物理机制的精确、高效、快捷估算土壤盐含量和识别盐类型的高光谱遥感反演方法，解决反演受土壤湿度等其他土壤因素的干扰问题，力求建立高光谱技术研究土壤盐类型和盐含量的新途径，为利用高光谱遥感技术在干旱区土壤盐碱化防治和土壤安全与稳定的应用提供科学理论依据。

土壤盐碱化是土地沙漠化和土地退化的主要类型之一，严重影响生态环境和农业生产。我国干旱区土壤盐碱化问题非常严重。项目通过野外观测和实验室模拟实验结合的手段，对干旱区盐碱土在多种不同处理下光谱信息和土壤水盐等参数的同步观测实验，构建了高光谱遥感反演土壤参数的基础数据平台，用统计模型和辐射传导模型结合的方法来探求精确、高效、快捷估算土壤盐含量和识别盐类型的高光谱遥感反演方法。具体研究成果主要有以下三个方面：（1）本项目发现不同的盐分类型对光谱曲线的影响非常大，甚至大过了不同盐分含量等级对光谱的影响。因而在利用光谱曲线反演盐碱土盐分含量之前要首先判断该盐碱土的盐分类型，否则是无法有效对盐分含量进行反演的。本项目通过不同盐分类型和含量的室内控制模拟实验，比较不同盐分类型的土壤光谱曲线的结构，设计了一种新型光谱结构指数来判断土壤的盐分类型，该光谱结构指数对干旱区的几种主要盐分类型都能进行高精度的判断。（2）在发展新的反演土壤盐含量的统计模型方面，针对干旱区土壤盐分类型、含量和土壤湿度对于土壤反射光谱的控制作用，在实验室控制实验、野外实测和卫星的高光谱数据相结合的基础上，发展了新的对各盐分类型敏感的普适性强的同时能排除土壤湿度干扰的回归模型，准确地反演各类型盐碱土的盐分含量。（3）为了探索高光谱遥感反演土壤盐分的物理机制，本项目率先尝试了土壤辐射传输模型在干旱区土壤盐分反演中的应用。我们校正了经典的土壤辐射传输模型Hapke模型，使之能有效模型干旱区土壤的光谱，并发现了模型中的一个参数土壤散射反照率(scattering albedo)与土壤盐分含量之间有较好的关系，从而可以利用该模型反演这个参数，再利用这个参数来间接估算出土壤盐分含量，为精确反演土壤盐分提供了一种新的思路。该发现表明了土壤盐分含量可能通过影响土壤的散射反照率来影响土壤的最终光谱曲线，这也可能正是土壤盐分含量遥感反演的物理机制所在。本项目解决了在干旱区土壤盐分遥感反演受土壤湿度等其他土壤因素的干扰问题，探索了高光谱技术研究土壤盐类型和盐含量的新途径，为利用高光谱遥感技术在干旱区土壤盐碱化防治和土壤安全与稳定的应用提供了一定的参考依据。