基于主动光学与被动微波遥感技术的盐碱土特性无损探测研究

The Improvement of saline-alkaline soil is a key part of achieving increase in Jilin Province's grain production by 100 billion kilograms , and saline-alkali soil's characteristic parameters are the basis for whether efficient improvement can be achieved. The project takes saline-alkali soil in west Jilin province as study object , and uses active optics combined with passive microwave remote sensing technology to carry out non-destructive detection of saline-alkali soil's characteristic parameters. Active optics three-dimensional imaging technique is used to detect soil's surface morphology in a non-contacting and non-destructing way. And relative models of parameters are established, such as soil cracking area, length and mechanical properties, saline-alkali soil conductivity and soluble cations . Passive remote sensing system is used to get the brightness temperature of saline-alkali soil, after whichrelative models of dual-frequency brightness temperature difference numerical with saline-alkali soil water content and salinity content areestablished. Meanwhile, data collected fromactive optics three-dimensional imaging technique can eliminate the influence of soil surface's roughness on the detecting accuracy of the dual-frequency microwave differential detection..The project is expected to reveal the relationship between characteristic parameters of saline-alkali soil and soil crack plus microwave radiation parameters in west Jilin province, provideing a non-destructive, rapid and accurate identification method of saline-alkali soil's characteristic parameters in west Jilin province, which gives a detecting method and data support for guiding the improvement and utilization of saline-alkali soil.

盐碱地的改良是吉林省实现粮食增产100亿斤的关键部分，而盐碱土的特征参数是判别其能否实现高效改良的基础。本项目以吉林西部盐碱土为研究对象，利用主动光学结合被动微波遥感技术开展盐碱土特征参数的无损探测研究。通过主动光三维成像技术非接触、无损伤地探测土壤表面形态，建立土壤开裂裂纹面积、长度与力学特性、盐碱土电导率及可溶性阳离子等参量的相关模型；通过被动微波遥感系统获取盐碱土多频亮度温度值，建立双频亮度温度差分数值与盐碱土含水量及含盐量的相关关系模型。同时，利用主动光三维成像技术探测数据消除地表粗糙度对双频微波差分探测精度的影响。.项目预期将揭示吉林省西部盐碱土特征参数与土壤裂纹及微波辐射参数的关系，提供一种吉林西部盐碱土特征参数的无损、快速、准确的识别方法，为指导盐碱地的改良利用提供探测手段及数据支持。

土壤盐碱化是一种严重的土地退化过程，已有研究表明地球表面将近7%的面积已经受到土壤盐渍化和次生盐渍化的影响。这不仅降低了农业产量，而且还给生态环境造成较大的破坏。改良和利用盐渍土、加强盐渍土的开发力度对于适应人口增长和国民经济的发展及对国家粮食安全的保障都具有深远的战略意义。因此，加强盐渍化土壤的检测范围和检测力度，高效、快速、准确的确定土壤的盐分含量，对指导盐渍化土地改良具有重要的意义。. 申请人在国家自然科学青年基金项目“基于主动光学与被动微波遥感技术的盐碱土特性无损探测研究”（2013~2015年）的支持下，以吉林省西部盐碱地为研究对象，利用主动光学结合被动微波遥感技术开展盐碱土特征参数的无损探测研究。通过进行室内的盐渍土控制实验以及野外的在线测量实验，对盐渍土的龟裂过程进行了光学几何参数变化特性、光谱特性和微波辐射特性的研究，并取得了如下重要研究结果：.1.建立了干燥状态龟裂苏打盐渍土裂纹长度与土壤主要的理化参数（Na+、EC、总含盐量）的关系模型，且相关系数都在0.9以上。.2.建立了干燥状态（包括人工扰动条件下及自然条件下）龟裂苏打盐渍土纹理特征与土壤主要的理化参数（Na+、EC、总含盐量、Cl-、HCO3-等）的关系模型，且相关系数都在0.87以上。.3.在可控条件下再现了盐渍土开裂的动态过程。在苏打盐渍土失水开裂的动态过程中，含水量和裂纹面积呈较明显的二次关系，且R2>0.9；c、x波段H极化的亮度温度值随含水量的减少而变大，呈线性负相关关系，且R2>0.5。.4.建立了野外龟裂盐渍土盐份含量的在线预测模型。通过室内可控实验的裂纹特征，对野外自然状态苏打盐渍土的盐分含量进行了预测。检验结果表明，EC、Na+、Cl-及含盐量等参数的预测值具有较高的精度且预测值与其真实值拟合的R2>0.91，RPD>4.49。.5.建立了盐渍土理化参数与不同状态下盐渍土的光谱反射率及其数学变换形式的相关系数曲线。结果表明，完全干燥的龟裂盐渍土整体光谱特征与土壤理化参数的相关性要高于其他两种状态的土壤。.6.应用全极化合成孔径雷达极化目标分解理论，选择Cloude-Poitter 和 Freeman-Durden 两种极化目标分解方法，应用分解结果的统计特性进行盐渍区信息提取。对轻度和草地覆盖盐碱地的识别水平优于光学影像。