全 文 ：第 !" 卷 第 # 期
$ % & & 年 # 月
林 业 科 学
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荒漠化土地土壤有机质含量的实测光谱估测!
高志海&7白黎娜&7王琫瑜&7李增元&7李晓松$7王玉魁8!!
"&2中国林业科学研究院资源信息研究所 国家林业局林业遥感与信息技术重点实验室7北京 &%%%?&# $2中国科学院遥感应用研究所
北京 &%%&%&# 82北京林业大学水土保持学院7北京 &%%%C8# !2国家林业局泡桐研究开发中心7郑州 !>%%%8$
摘7要!7在对 $ 个荒漠化典型区土壤采样(化验分析和光谱测量的基础上!分析荒漠化土地土壤的反射光谱特征
及土壤有机质的光谱敏感范围!构建多种土壤有机质含量高光谱估测模型% 结果表明& 荒漠化土地土壤具独特的
波浪型光谱曲线!其主要特点是在可见光和近红外的 >%% j?%% 5A光谱范围存在一个明显的弓形突起区!其对提
取土壤有机质信息有实际意义# 相关分析发现!在中心波长分别为 #%% 和 C8% 5A的可见光和近红外光光谱范围分
别存在 & 个有机质光谱敏感区# 土壤有机质含量高光谱估测模型验证结果表明!利用波长 >CC 5A处的反射光谱对
数 1HB>CC和反射光谱倒数 &eB>CC以及波长 C8> 5A处的反射光谱倒数的导数 "&eBC8> $b和反射光谱对数的导数
"1HBC8> $b分别建立的模型!可以较好地估测荒漠化土地土壤有机质含量%
关键词!7荒漠化土地# 土壤有机质# 土壤光谱# 估测模型
中图分类号! ’&>C2$" ’&>&2? f>" ,_"?777文献标识码!-777文章编号!&%%& B"!CC#$%&&$%# B%%%? B%C
收稿日期& $%%? B&$ B&## 修回日期& $%&& B%! B$#%
基金项目& 国家,十二五-科技支撑项目"$%&&R-l$8R%!$和国家 C#8 计划课题"$%%#--&$G&%C$ %
!王玉魁为通讯作者%
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J(’)- 3,%(9&,57"’.7$,80&%.H%0%
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"&eBC8> $b! "1HBC8> $b9;F5:DOD5:D5:D;DM;,< ="&5(&7:D;DM77荒漠化是指由气候变化和人类活动等因素造成
的干旱(半干旱和干旱亚湿润地区的土地退化
"k+*_! &??>$!至少包含土壤退化和植被退化 $ 种
过程"WM9F5HDM#3&.6! $%%%$!这 $ 个过程既相互作用
又相互联系!但都从不同侧面反映了荒漠化发生的
状态和过程% 植被退化受降水年际波动的影响较
大!容易逆转 ",@0A9;#3&.6! &??!$!但土壤退化更
能反映土地潜在生产力下降的长期趋势!这也是联
合国在荒漠化评价中更多地考虑土壤退化因素的重
要原因!而荒漠化类型也主要依据风蚀(水蚀(盐渍
化(冻融等土壤退化的化学(物理过程而划分%
土壤有机质 " ’\=$是反映土壤肥力和土地生
林 业 科 学 !" 卷7
产能力的重要因子!也是指示土壤退化程度的重要
指标% 传统的土壤有机质信息获取主要是通过土壤
的野外取样化验分析来实现!这种方法精度高!但适
时性差(成本高!很难满足荒漠化过程中土壤退化快
速监测的需要% 现代光谱测量分析技术的发展为土
壤退化过程中土壤有机质的时空动态变化监测提供
了新的有效手段% 土壤成分与土壤反射光谱关系研
究开始于 $% 世纪 #% 年代"R0UDM;#3&.6! &?#>$!之
后!通过对不同类型土壤的反射光谱测量和土壤取
样化验分析!国内外就土壤有机质的光谱响应特征
及其定量反演方法开展了大量研究% 大部分研究发
现!土壤有机质在土壤光谱曲线上基本不存在明显
的吸收峰!但其在可见光至近红外范围存在明显的
光谱敏感区!最敏感光谱区域为 #%% jC%% 5A!而且
不同区域和不同土壤类型的光谱敏感区有较大差
异!并基于原始光谱(光谱微分技术等建立了不同类
型土壤的有机质定量反演模型 "mMF;@595 #3&.6!
&?C%# 徐彬彬等! &?C%# &??&# R94AH9M:5DM#3&.6!
&?C># lD5:DM;05 #3&.6! &?C?# W45;941F;#3&.6! &??&#
RD5X:0M#3&.6! &??"# W91T90#3&.6! &??C# 徐彬彬!
$%%%# 沙晋明等!$%%8# 谢伯承等!$%%!# 孙建英等!
$%%## 何挺等!$%%## 贺军亮等!$%%"# 卢艳丽等!
$%%"# 周萍等!$%%C$% 在土壤有机质的光谱响应特
征和反演建模技术研究基础上!直接用遥感影像数
据定量估测区域地表土壤有机质的研究也取得了一
些进展"’D1FHD#3&.6! $%%## 程彬等!$%%C$%
土壤有机质主要由各种动植物残体(微生物体
及它们分解或合成的各种有机物质组成!不同区域
和不同土壤类型的水热条件变化大!土壤有机质的
分解水平各不相同!土壤光谱特性也存在很大差异
"R94AH9M:5DM#3&.6! &?C># RD5X^0M#3&.6! &??"$!这
也是很难用一个通用模型反演土壤有机质含量的重
要原因% 目前!虽然关于土壤有机质光谱特征及其
定量估测技术的研究较多!但针对干旱(半干旱荒漠
化地区土壤的研究很少!目前仅见徐彬彬等"&?C%$
在新疆南疆开展了这方面的研究% 本研究在甘肃民
勤县和青海共和县 $ 个典型区进行土壤采样化验分
析和室内光谱测量!判定荒漠化地区土壤有机质的
光谱敏感区!建立基于实测光谱的土壤有机质含量
估测模型!以期为荒漠化土地土壤有机质的快速监
测提供有效手段%
&7研究区概况
本研究选择甘肃省民勤县和青海省共和县作为
典型研究区%
民勤县位于河西走廊东段的石羊 河下游
"&%8a%$b)&%!a%$b*!8Ca%>b)8?a%#b+$!总面积约
&2# 万 ‘A$!海拔 & %%% j& ?8# A% 全县大部分被流
动(固定和半固定沙丘及戈壁所覆盖!平原耕作绿洲
仅约占总面积的 &%d% 该区属典型的温带大陆性
干旱气候区!年平均气温 "2# c!年均降水量 &&82$
AA% 植 被 以 旱 生 的 唐 古 特 白 刺 " D%3*&*%&
3&’(=3+*=9$(泡泡刺 "DF7E"&#*+-&*E&$(短穗柽柳
"C&9&*%L.&L& $( 珍 珠 " ;&.7+.& E&77#*%’& $( 红 砂
"B#&=9=*%& 7++’(+*%-&$和沙蒿">*3#9%7%& &*#&’&*%&$
等低矮灌木(半灌木为主!结构简单!覆盖度低% 地
带性土壤为灰棕漠土!非地带性土壤以风沙土(灌溉
耕作土(盐土和草甸土为主!大多质地疏松(肥力差%
大规模开采地下水引起地下水位下降!最终导致绿
洲边缘植被退化和固定沙地活化是该区荒漠化的主
要特点%
青海省共和县地处青藏高原东北部!东临黄河!
北靠青海湖! 西与柴达木盆地 毗 连 " ?Ca!#b)
&%&a$$b*!8>a$"b)8#a>#b+$!总面积约 &2"8 万
‘A$!其中陆地占 C!2C#d!其余为青海湖和黄河龙
羊峡水库水域!全境海拔$ !%% j8 #%% A% 气候类
型上属高寒干旱荒漠和半干旱草原过渡区"杨世琦
等!$%%>$!四季分明!昼夜温差大!年平均气温 %2"
j#28 c!年降水量 $>% j!$% AA!年蒸发量& !%% j
$ !%% AA!年无霜期 CC 天# 草原面积占全县总面积
的 ">d以上!植被以克氏针茅" ;3%E& S*0.+,%$(短花
针茅";F2*#,%4.+*&$(沙生针茅" ;FE.&*#+7&$(芨芨草
">-"’&3"#*=9 7E.#’:#’7$( 青 海 固 沙 草 " T*%’=7
S+S+’+*%-&$和冷蒿">*3#9%7%& 4*%(%:&$等为主!土壤以
栗钙土(棕钙土(风沙土(草甸土(沼泽土和盐土为
主% 受全球气候变暖(青藏高原特殊的地理条件和
过度放牧等人类活动的影响!草场退化和沙化是共
和县荒漠化的主要特点%
$7研究方法
>?@A土壤样品采集与制备
土壤样品采集于 $%%" 年 > 月% 共取土样 &>? 个
"民勤试验区 C& 个!共和试验区 "C 个$% 样点的分布
充分考虑了 $ 个研究区的不同荒漠化程度和土壤类
型!同时也考虑了样点分布的均匀性% 取样深度控制
在 8 NA% 样品经自然风干!适当压磨后去除植物残体
等杂质% 每个样品 8 等份!一份用于光谱测量!一份
用于土壤有机质含量测定!另一份留存备查%
>?>A土壤光谱测量
采用 -’^SFD1:’ODNS]便携式光谱仪测量土壤
%&
7第 # 期 高志海等& 荒漠化土地土壤有机质含量的实测光谱估测
样品 的 反 射 光 谱! 测 量 的 光 谱 范 围 为 8>% j
$ >%% 5A!采样间隔为 & 5A!输出波段数为$ &>%个%
在与自然光良好隔绝的暗室中!将土样置于直径 $%
NA的黑色盘形容器中!装满后刮平土壤表面!将光
谱仪光纤探头通过支架固定于样品上方!探头距土
壤样品表面 8% NA"视场角约 >a$% 光源为可提供平
行光的& %%% Z卤光灯!固定于样品的侧上方!距土
壤表面 >% NA!光源天顶角 &>a% 每一样品共测量 !
次!每次测量之间将托盘旋转 ?%a!每次测量重复 $>
次!取其平均值作为最后光谱% 以准同步测量的漫
反射标准白色参考板的辐射光谱为参考!通过比值
法获得土壤样品的绝对反射光谱 B""$ "贺军亮等!
$%%"$&
B""$ GQD"";0F1$KQD"";0F1$ UB""MDL$! "&$
式中& B""MDL$为土壤和参考板的反射率!QD"";0F1$
和 QD""MDL$分别为土壤和参考板测量亮度的平均
值!"为光谱采样的中心波长%
>?BA土壤有机质测定
土壤有机质含量采用重铬酸钾容量法 B外加热
法测定"鲁如坤!&??C$%
>?KA光谱数据分析
$2!2&7光谱变换7本研究除对原始反射光谱数据
分析外!还对反射光谱进行了对数(倒数(一阶微分
等反射光谱数据变换并进行同步分析!以期构建对
土壤有机质反应更敏感的光谱参数% 数据变换的主
要目的是降低背景噪声对土壤光谱的影响!如对数
变换可增强可见光区的光谱差异!降低光照条件变
化的乘性影响!倒数变换可使某些非线性关系变为
线性关系!而微分光谱可降低对低频噪声影响的敏
感性!减少大气散射和吸收对目标光谱特征的影响
"(104一阶微分光谱值的计算公式如下 "S495 #3&.6!
&??C$&
BV""$ G*B""%I&$ HB""%H&$+K""%I& H"%H&$!
"$$
式中&"%B&和 "%f&分别为波段 %B& 和波段 %f& 的中
心波长# B""%B&$和 B""%f& $分别为波段 %B& 和波
段 %f& 的反射光谱值!BV""%$为波段 %反射光谱的
一阶微分光谱值%
$2!2$7光谱指数构建7根据荒漠化土地土壤光谱
曲线的弓形变化特征!参考徐彬彬等 "&?C% $的方
法!构建了 #%% 5A处弓曲差"Q#%% $和 C%% 5A处弓
曲差"QC%%$$ 个光谱指数!另外!本研究新构建了弓
前变率 "5L$(弓后变率 "5K $和 "%% 5A处弓形高
"W"%%$8 个光谱指数!比较基于不同光谱指数提取
土壤有机质信息的效果% 上述光谱指数的具体计算
公式如下&
Q! GB""$ H*B""&$ IB""$$+K$! "8$
式中& Q!为波长 "处弓曲差# B""&$和 B""$$分别
为弓曲前波长 "& 处和弓曲后波长 "$ 处的光谱反射
值# B""$为波长 "处的光谱反射值% 本研究中用
于 Q#%%计算的 "& 和 "$ 分别为 >>% 和 #>% 5A!用于
QC%%计算的 "& 和 "$ 分别为 ">% 和 C>% 5A%
5G*B""$$ HB""&$+K""$ H"&$! "!$
式中& 5为曲线变率!研究中分为弓前变率"5L$和
弓后变率"5K$$ 类!本研究中计算 5L时 "& 和 "$ 分
别为 >>% 和 >"% 5A!计算 5K 时 "& 和 "$ 分别为 C8%
和 C>% 5A%
W! GB""$ HB"5"$! ">$
式中& W!为波长 "处的弓曲高!B"5"$为假设在光
谱曲线弓前和弓后点间直接连直线在波长 "处获
得的对应光谱反射数值!本例中 "取 "%% 5A!弓前
和弓后点分别取 !?% 和 ?%% 5A%
$2!287相关分析7分析 8>% j$ >%% 5A光谱范围
内土壤反射率及其多种光谱变换形式与土壤有机质
含量的相关系数!确定土壤有机质光谱反应的敏感
区域!为有机质含量的估测建模提供依据%
$2!2!7土壤有机质含量回归估测建模与验证7将
&>? 个土壤样本分为 $ 组!一组用于建模!另一组用
于验证% 建模样本 &%# 个"民勤试验区 >! 个!共和
试验区 >$ 个$!占样本总数的 ##2"d!验证样本 >8
个"民勤试验区 $" 个!共和试验区 $# 个$!占样本
数的 8$28d% 根据相关分析结果!选择相关系数较
高的波长值处的原始光谱反射率及其光谱变换形
式!并计算相关的光谱指数!分别建立土壤有机质含
量的回归估测模型% 有机质含量实测值和模型预测
值相关的决定系数 "B$ $ 值越大! 均方根误差
"]=’*$值越小!模拟线偏离 &p&线越少!模型预测
效果越好%
87结果与分析
B?@A不同土壤类型的反射光谱特征
图 & 为在民勤和共和 $ 个试验区选取的 # 种典
型地类的土壤样品的反射光谱曲线% 这些地类的地
表土壤粒径组成不同!相应的土壤有机质含量有很
大差异!其中未退化草地的土壤有机质含量最高!达
!2&#>d!该类草地的优势种为克氏针茅# 含量最低
的流动沙地土壤有机质含量仅为 %2&!&d "表 &$%
从图 & 可以看出!土壤有机质含量较低的盐碱地和
粘土地的反射值最高!土壤有机质含量最低的流动沙
&&
林 业 科 学 !" 卷7
地和平沙地次之!有机质含量较高的退化草地和未退
化草地的反射率最低% 根据戴昌达等"$%%!$对我国
主要土壤光谱曲线类型的划分!研究区主要土壤的光
谱曲线基本上属波浪型!除未退化草地外!主要荒漠
化地类的光谱曲线在 >%% j?%% 5A范围都存在一个
明显的弓形突起区!这是荒漠化土地退化土壤的典型
光谱特征% 土壤光谱曲线首先在可见光范围内急剧
上升!至 #%% 5A处曲线上升的陡度开始下降!并在此
形成一个明显的弓曲!之后!在近红外范围的 C%% 5A
处曲线呈下降趋势!并形成第二个弓曲!至 C?% 5A后
曲线又开始上升% 光谱曲线上的弓形突起区可能对
提取荒漠化土壤有机质信息有实际意义%
图 &7# 种典型地类的土壤反射光谱曲线
SFH6&7’0F1MDL1DN<95ND;ODN表 @AL 种典型地类地表土壤特征
C%1D@AC"$("’.84%&%0,&’(0’8(*"&L 0<$’8%..%)58"E,&0<$,(
土地覆盖类型
.95: N0TDM土壤类型
’0F1土壤粒径组成
’0F1O9M粘粒 (19Q
" q%2%%$ AA$
粉粒 ’F1<
"%2%%$ j%2%$ AA$
砂粒 ’95:
"%2%$ j$ AA$
石粒 WM9TD1
" r$ AA$
有机质含量
’\=N05"d$
板结粘土地
(0AO9N壤土
.09AQ;0F1
>%2>8 $#2&8 $82$& %2&8 %28%$
盐碱地
’91F5DX91‘91F195:
盐碱土
’91F5DX91‘91F;0F1
&%2%! !2"% C>2$# %2%% %2CC"
平沙地
S19<;95:Q195:
风沙土
-D01F95 ;95:Q;0F1
$2"" %2#C ?$2#$ 82?8 %2$?&
流动沙地
=0KF1D;95: :45D;
风沙土
-D01F95 ;95:Q;0F1
82"& %2#& ?>2#C %2%% %2&!&
退化草地
D^HM9:D: M95HD195:
栗钙土
(9;<950IDA
#2?C &%2C$ C$2$% %2%% &2!C"
未退化草地
+05X:DHM9:D: M95HD195:
栗钙土
(9;<950IDA
C2C$ 8>2"8 >>2!> %2%% !2&#>
B?>A土壤有机质含量与土壤反射光谱相关性
图 $ 左侧从上到下分别为不同波长的土壤光
谱反射值 B及其对数 1HB和倒数变换 & eB与有机
质含量的相关系数 *的变化情况% 可以发现!B与
有机质含量在中心波长 #%% 5A的可见光范围存
在显著的负相关!其中!>8? j#>C 5A波谱范围"谱
宽 &&? 5A$的 *值达 %2C> 以上!波长 >CC 5A处 *
为最大值达%2C"? "# 对数变换和倒数变换都在一
定程度上增强了光谱反射值与土壤有机质含量的
相关性!1HB与土壤有机质含量也呈负相关!*值大
于 %2C> 的波谱范围扩大到 >&8 j#C" 5A"谱宽
&"! 5A$ !>CC 5A处的最大值为 %2C?# %!而 & eB
与有机质含量呈正相关!*值大于 %2C> 的范围扩
大到!?? j"%! 5A"谱宽 $%> 5A$ !>CC 5A处的最
大值达%2?%% C% 图 $ 右侧部分为不同波长范围土
壤光谱反射值及其对数和倒数变换的一阶微分与
土壤有机质含量相关系数 *的变化情况% 土壤光
谱反射值的一阶微分变换"Bb$与土壤有机质含量
$&
7第 # 期 高志海等& 荒漠化土地土壤有机质含量的实测光谱估测
在中心波长 >8% 5A的可见光范围和中心波长 C8%
5A的近红外光谱范围分别有一个强相关区& 在可
见光区 $ 者呈显著负相关!>$8 j>!& 5A波长范围
*值 超 过 %2C>! 波 长 >$? 5A 处 为 最 大 值 达
%2C#C ?# 在近红外区 $ 者成正相关!$ 者的相关性
更强!相关的波谱范围更宽!"?% jC"> 5A波谱区
的 *值超过 %2C>!波长 C8> 5A处为最大值达
%2?&! 8% 反射光谱对数的一阶微分变换"1HB$b和
反射光谱倒数的一阶微分变换"& eB$b与土壤有机
质含量只在中心波长 C8% 5A的近红外范围有一
个 强 相 关 区! *最 大 值 都 出 现 于 C8> 5A 处%
"1HB$b与 有 机 质 含 量 呈 正 相 关! *最 大 值 达
%2?8" ?!##8 jC?" 5A波长区域"谱宽 $8! 5A$的
*值超过 %2C>!其中 "!! jC#> 5A波长范围 "谱宽
&$& 5A$的 *值超过 %2?%# "& eB$b与有机质含量
呈负相关!*最大值为%2?!" >!#%8 j?%& 5A范围
"谱宽 $?C 5A$的 *值超过 %2C>!其中 #"& jC">
5A范围"谱宽 $%! 5A$的 *值超过 %2?%%
图 $7土壤有机质含量与土壤反射光谱相关性
SFH6$7(0MMD1977由以上分析不难发现!虽然 B!1HB!&eB!Bb!
"1HB$b和"&eB$b等土壤光谱参数与土壤有机质含
量的高相关波谱区有一定差异!但主要可概括为 $
个区域& 一个区域存在于可见光的绿光至红光范
围!中心波长为 #%% 5A!主要出现于 B不进行微分
变换的情况下!B经对数和倒数变换后与土壤有机
质含量的相关性更高!以倒数变换的相关性更高!相
关系数*最高值都出现于 >CC 5A处# 另一个区域存
在于近红外范围!中心波长为 C8% 5A!主要出现于B
进行微分变换的情况下!B经对数和倒数变换后再
进行一阶微分变换与有机质含量的相关性更高!*
最高值都出现于 C8> 5A处% 这一结果说明对数(倒
数和微分变换都能有效地降低各类噪声对荒漠化土
地土壤光谱的影响!从而增强土壤光谱反射与有机
质含量的相关性% 土壤光谱反射与有机质含量的第
& 个高相关区基本与荒漠化土壤光谱曲线的第 & 个
弓曲位置一致!而第 $ 个高相关区基本与光谱曲线
第 $ 个弓曲后的曲线下降区位置一致!这说明荒漠
化土壤光谱曲线在 >%% j?%% 5A范围的弓形突起区
对有机质信息提取有实际意义%
B?BA土壤有机质含量高光谱估测模型的建立
根据土壤有机质含量与土壤反射光谱的相关性
分析结果!分别选择 B>CC!1H"B>CC $! &eB>CC!BC8>b!
"1HBC8>$b和"&eBC8> $b# 个指标为自变量!建立土壤
有机质含量的实测高光谱估测模型# 同时!分别选
择 Q#%%!QC%%!5L!5K 和 W"%%> 种反映 >>% j?%% 5A范
围光谱曲线弓形变化特征的光谱指数为自变量!建
立有机质含量的回归估测模型% B$ 值越大!]=’*
8&
林 业 科 学 !" 卷7
越小!说明模型的相关性越大!拟合误差越小!建模
效果越好% 表 $ 为用 && 个参数分别建立的土壤有
机质含量估测模型!可以看出!所有模型的相关性都
达到了极显著水平 "#q%2%%% &$!B$ 值介于 %2">
777
和 %2C? 之间!]=’*值介于 %2!? 和 %2"& 之间% B>CC!
QC%%和 5L这 8 个模型的 B
$ 值都低于 %2C!]=’*值也
较大!建模效果明显较差!而其他模型的 B$ 值都在
%2C 以上!]=’*的差异也不大!建模效果都比较好%
表 >A荒漠化土地土壤有机质含量高光谱反演模型!
C%1D>A3"5,.(*"&,(0’#%0’)- 7G3 8")0,)0(’)5,(,&0’*’,5.%)5(9(’)- #,%(9&,5("’.4<$,&($,80&%.5%0%
自变量
)5:DOD5:D5NDT9MF9K1D
样本数
+4AKDM0L;9AO1D;
回归模型
]DHMD;;F05 A0:D1 B
$ ]=’*
B>CC &%# XhC2&%$ & B$?2?%! "Y %2""8 !!! %2#C" #
1HB>CC &%# XhBC2%8$ % B&!28$? #Y %2C%$ "!! %2#!& #
& eB>CC &%# XhB!28%> #"& f&2$$> $Y %2C&& $!! %2#$" #
BC8>b &%# Xh%2!#% % f&% ?!!2%#% %Y %2C8> $!! %2>C# 8
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W"%% &%# XhB"2$!C # B$2#C# &15"Y$ %2C>$ 8!! %2>>> &
77" !!& #h%2%%% &6
B?KA土壤有机质含量高光谱反演模型的验证
利用 >8 个未参与建模的验证样本数据!建立实
测土壤有机质含量值和模型预测土壤有机质含量值
的简单线性关系!从不同模型的 B$ 和 ]=’*的变化
以及各个模型的相关验证模拟线偏离 &p&线的程
度!综合评价各模型对未知样本的预测能力%
图 8 为上述 C 个建模效果比较好的模型的验证
结果% 所有 C 个模型验证的 B$ 都大于 %2C!其中
&eB>CC!"&eBC8>$b!"1HBC8>$b和 W"%%模型的 B
$ 值超过
%2C>!验证的 ]=’*值在 %2!> 和 %2>! 之间!这说明
无论是 B$ 还是 ]=’*值!模型间的差异都较小% 所
有模型的验证模拟线相对于 &p&线都有一定程度的
偏离"斜率小于 &$!当土壤有机质含量较低时!预测
值都高于实测值!而有机质含量较高时!预测值基本
都低于实测值!这可能与随着有机质含量增加光谱
逐渐趋于饱和有关% 在 C 个模型中! "&eBC8>$b!
"1HBC8>$b!1HB>CC和 &eB>CC模型验证模拟线的偏离程
度较低!斜率都在 %2C 以上!而其他模型的斜率都在
%2C 以下!模拟线的偏离相对大%
综上所述!在模型的拟合精度差异很小的情况
下!验证模型线偏离 &p&线的程度就成为验证模型
可用 性 的 最 重 要 指 标! 这 样 就 不 难 判 断! 以
"&eBC8>$b!"1HBC8>$b!1HB>CC和 &eB>CC光谱参数为自变
量构建的模型!对未知样本土壤有机质含量的预测
能力较强!是土壤有机质含量实测高光谱估测的较
适宜模型% 值得一提的是!在围绕光谱曲线的弓形
突起区专门设计的 > 个光谱指数中!W"%%和 5K 的建
模效果仅次于上述 ! 种模型!其他 8 个指数的建模
效果相对较差%
!7结论与讨论
本研究的结果表明!荒漠化土地土壤具独特的
波浪型光谱曲线 "戴昌达等!$%%!$!其最显著特点
是在可见光和近红外的 >%% j?%% 5A光谱范围存在
& 个明显的弓形突起区!这可能是荒漠化土地土壤
的典型光谱特征% 相关分析结果表明!在该弓形突
起区!土壤有机质有 $ 个主要的反射光谱敏感区&
一个存在于中心波长 #%% 5A的可见光绿光和红光
范围!主要在土壤反射光谱不进行微分变换时体现!
与弓形突起区的第 & 个弓曲的位置正好一致!另一
个存在于中心波长 C8% 5A的近红外范围!主要在土
壤光谱进行微分变换时体现!位于弓形突起区第 $
个弓曲后的曲线下降区!这 $ 个光谱敏感区对运用
土壤反射光谱估测荒漠化土地的土壤有机质含量有
实际意义%
基于荒漠化土地土壤有机质的光谱反映特征!
建立了多种荒漠化土地土壤有机质含量的光谱估测
模型!模型验证结果显示!以波长 C8> 5A反射光谱
倒数的导数"&eBC8>$b和对数的导数"1HBC8> $b以及波
长 >CC 5A反射光谱的对数 1HB>CC和倒数 &eB>CC作为
自变量分别建立的土壤有机质含量估测模型!对未
知样本的预测精度高!是基于实测光谱估测荒漠化
土地 土 壤 有 机 质 含 量 的 适 宜 模 型! 也 说 明
"&eBC8>$b!"1HBC8>$b!1HB>CC和 &eB>CC这 ! 个光谱参数
在描述 >>% j?%% 5A光谱范围弓形突起变化方面更
具有代表意义%
!&
7第 # 期 高志海等& 荒漠化土地土壤有机质含量的实测光谱估测
图 87实测土壤有机质含量与模型预测有机质含量的相关性
SFH687]D19本研究确定的荒漠化土地土壤有机质光谱敏感
区位于可见光和近红外波谱范围!这与大多数前人
研究结果基本一致!但光谱敏感区的具体位置与其
他类型土壤存在明显差异 "mMF;@595 #3&.6! &?C%#
W91T90#3&.6! &??C# 谢伯承等!$%%!# 徐彬彬等!
&?C%! 沙晋明等!$%%8# 何挺等!$%%## 贺军亮等!
$%%"# 卢艳丽等!$%%"$!这反映了荒漠化土地土壤
光谱反应的特殊性!这可能与荒漠化土地土壤有机
质的组成和分解状态以及较高的盐分含量有关"徐
彬彬等!&?C%# RD5X^0M#3&.6! &??"# (@95H#3&.6!
$%%$$%
参 考 文 献
程7彬!姜琦刚6$%%C2遥感影像在土壤属性估算中的应用6中国农
学通报!$!"&$ & !#" B!"%6
戴昌达!姜小光!唐伶俐6$%%!2遥感图像应用处理与分析6北京&
清华大学出版社6
何7挺!王7静!林宗坚!等6$%%#2土壤有机质光谱特征研究6武汉
大学学报& 信息科学版!8&"&&$ & ?"> B?"?6
贺军亮!蒋建军!周生路!等6$%%"2土壤有机质含量的高光谱特性及
其反演6中国农业科学!!%"8$ & #8C B#!86
卢艳丽!白由路!杨俐苹!等6$%%"2基于高光谱的土壤有机质含量预
测模型的建立与评价6中国农业科学!!%"?$ & &?C? B&??>6
鲁如坤6&??C2土壤农化分析6北京& 中国农业出版社6
沙晋明!陈鹏程!陈松林6$%%82土壤有机质光谱响应特性研究6水
土保持研究!&%"$$ & $& B$!6
孙建英!李民赞!郑立华!等6$%%#2基于近红外光谱的北方潮土土壤
参数实时分析6光谱学与光谱分析!$#"8$ & !$# B!$?6
谢伯承!薛绪掌!王纪华!等6$%%!2褐潮土的光谱特性及用土壤反射
率估算有机质含量的研究6土壤通报!8>"!$ & 8?& B8?>6
>&
林 业 科 学 !" 卷7
徐彬彬!戴昌达6&?C%2南疆土壤光谱反射特性与有机质含量的相关
分析6科学通报!$>"#$ & $C$ B$C!6
徐彬彬!季耿善!朱永豪6&??&2中国陆地背景和土壤光谱反射特性
的地理分区的初步研究6环境遥感!#"$$ & &!$ B&>&6
徐彬彬6$%%%2土壤剖面的反射光谱研究6土壤!8$"#$ & $C& B$C"6
杨世琦!高旺盛!隋7鹏!等6$%%>2共和盆地土地沙漠化因素定量研
究6生态学报!$>"&$$ & 8&C& B8&C"6
周7萍!王润生!阎柏琨!等6$%%C2高光谱遥感土壤有机质信息提取
研究6地理科学进展! $"">$ & $" B8!6
R94AH9M:5DM= *! ’F1T9.S! RFD@1..! #3&.6&?C>2]DL1DN<95ND
OM0ODMRD5X^0M*!)5K9Mn! (@D5 n6&??"2,@DMDL1DN<95ND;ODNA9"!%% B$>%% 5A$ :4MF5H9N05’D5;F5H0L*5TFM05AD56
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