基于土壤与作物光谱特征的龟裂碱土盐碱化信息预测

土壤盐碱化已成为世界严重的环境问题之一，其信息的快速、准确提取是进行盐碱化土壤改良的前提。课题拟以宁夏银北西大滩龟裂碱土为研究对象，运用土壤学、遥感技术、数学等学科的基本理论和方法，重点研究不同盐碱化程度条件下龟裂碱土土壤表层及其上覆植被光谱特征，研究影响土壤光谱的主要因素和土壤背景对上覆植被冠层光谱的影响程度，结合室内土壤盐碱化指标数据，建立基于光谱特征的龟裂碱土盐碱化程度预测模型。本课题的研究，不仅对揭示土壤表层和上覆植被光谱与盐碱化指标之间的关系、明确影响龟裂碱土表层光谱的主要因素、确定并量化不同程度龟裂碱土对其上覆植被光谱的影响程度、实现对龟裂碱土盐碱化信息的快速、低成本、定量监测与预报具有重要意义，同时还对提高当地耕地质量、增加耕地面积、增加农民收入、恢复退化生态环境和持续提高当地农业综合生产能力具有重大的科研和现实意义。

土壤盐渍化是干旱、半干旱地区土壤质量退化的主要问题之一，及时、精准获取土壤盐渍化信息，对治理盐渍土、防止其进一步退化和促进农业可持续发展至关重要。本研究以宁夏银北西大滩龟裂碱土为研究对象，运用土壤学、遥感技术、数学等学科的基本理论和方法，重点研究不同盐碱化程度条件下龟裂碱土土壤表层及其上覆植被光谱特征，结合室内土壤盐碱化指标数据，建立基于土壤和上覆植被光谱特征的龟裂碱土盐碱化程度预测模型。结果表明：（1）该地区表层土壤光谱反射曲线属于缓斜型；整体来讲11月份土壤光谱反射率最高，8月份最低。（2）龟裂碱土上向日葵冠层光谱特征与一般绿色植物的光谱特征相似，重度龟裂碱土上植株冠层较中度和轻度盐碱化土壤植株在可见光波段具有较高反射率，而在近红外区域反射率较低。（3）不同碱化程度龟裂碱土表层土壤光谱反射率顺序为：重度盐碱地>中度盐碱地>轻度盐碱地>耕地>已翻耕地；土壤质地越细反射率越高；随着土壤含水量的增加，土壤光谱反射率逐渐降低，当土壤含水量高于田间持水量时土壤光谱反射率呈增加趋势。（4）覆盖条件下向日葵3对叶期冠层光谱反射率较自然条件下在整个研究波段均有不同程度的降低，其他生育期覆盖条件下冠层光谱反射率较自然条件下在可见光波段下降，在近红外区域增加。（5）利用多种变换形式对表层土壤原始光谱数据进行处理后与土壤各盐碱化指标进行相关性分析，在此基础上建立龟裂碱土不同盐碱化指标的预测模型，采用偏最小二乘回归来拟合土壤pH和ESP的方程最佳，拟合度分别达到0.93和0.8367；对土壤全盐和Na+的模型预测精度较高，预测能力强，对土壤SO42-和Mg2+的预测能力也较强，对土壤Cl-和Ca2+的预测稳定性、预测能力和精度都较差。（6）基于上覆植被光谱建立的土壤盐碱化指标预测模型普遍选用多项式模式拟合决定系数最大， 也有个别指标在特定时期选用指数形式或幂函数形式效果最好；7对叶期和现蕾期敏感波段对土壤全盐、pH、ESP、Na+、Mg2+和HCO3-的预测精度都较高。该研究结果量化了影响龟裂碱土光谱特征的主要因素及龟裂碱土对其上覆植被光谱的影响程度，建立龟裂碱土盐碱化程度的预测模型，为龟裂碱土盐碱化信息的快速、低成本、定量监测与预报提供了理论依据。