红壤土壤含水量的光谱监测试验研究

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1、红壤土壤含水量的光谱监测试验研究指导老师：李就好教授组员：余润翔，邱超雷，张家丰，黄远军，陈荣朗0.引言土壤水分是植物生长发育的必要的条件，对热量平衡、土壤温度、农业墒情有重要意义，是反映土地质量的一个重要指标。土壤水分测定的方法有取土烘干法、中子水分仪法及张力计方法等，虽然精确度高，准确性强，但是工作量大，时间周期长，监测面积受限，不能快速地获取数据。成像光谱遥感技术是80年代初发展起来的新型遥感技术。近20年来，该技术发展很快，已成为遥感技术发展的3大趋势之一（成像光谱遥感，微波遥感及3S技术系统）。由于成像

2、光谱具有高光谱分辨率的图像与光谱合二为一的特点，它的发展不仅使遥感技术能有效地直接识别地表物质，而且还能更深入地研究地表物质的成分及结构。成像光谱遥感数据具有超多波段，高光谱分辨率，丰富的光谱信息以及较强的识别和分类能力。自AVIRIS出现之后，NASA将其搭载在ER2型飞机上，在20km的高空做试验飞行，其它一些国家，如：加拿大、澳大利亚、中国等以航空成像光谱数据为基础，在大气探测，植被调查，农作物估产，冰雪覆盖调查，土地利用监测，海洋叶绿素浓度调查，岩石、矿物填图等方面做了大量的应用示范研究。光谱遥感技术凭借

3、其极高的光谱分辨率，能获取地面土壤的反射光谱信息，为土壤水分监测提供一种新的技术手段。本次试验研究的目的是利用光谱技术和逐步回归的分析方法，分析。本研究进行了不同土壤水分条件下光谱测试，分析了土壤水分与光谱的相关关系，得到了不同水分处理的最佳光谱响应波长，为今后的现代化农业提供基础研究。1.试验材料与方法1.1材料的选取、试验仪器及实验地点采集的土壤为华南农业大学跃进区的红壤，土壤湿度比较均匀，湿度垂直变化比较小。实验的地点为华南农业大学工程院楼楼顶的实验区。试验仪器采用美国ASD公司（AnalyticalSpe

4、ctralDevices,Inc.）的FieldSpec3手持便携式光谱分析仪采集，如图1所示。图1FieldSpec3手持便携式光谱分析仪及探头附件试验在晴朗无云的天气下进行，测量时间选在中午12点到下午2点，且光线充足。1.2试验的步骤(1)把土风干，测得土壤风干质量含水量为3.22%。土壤编号质量含水量/%土壤编号质量含水量/%13.22719.2226.22820.2239.22921.22412.221022.22515.221123.22618.221224.22(2)将风干后将土壤进行研磨，过3毫米

5、的筛。(3)把过筛的土壤，装成等质量的12份，每份风干土壤重为50克，装入铝土盒，对每个铝土盒进行编号。(4)以1.5克为加入水的梯度，对每份土壤依次递增加水，加入后等水充分均匀（如表1所示）。(5)在试验条件下，利用光谱仪器测出土壤的光谱，利用表格记录好数据，利用ASD光谱仪配套的光谱数据处理软件ViewSpecPro生成图像。表1土壤水分处理结果2.试验结果与分析2.1不同水分处理下土壤光谱反射特性图2不同土壤含水率的光谱曲线从图中可以看出，在350-1000nm和1850-2350nm间的光谱反射率较为杂乱

6、，而在1000-1100nm和1150-1250nm各范围内的光谱反射率随波长增加有单调上升趋势，在1150-1250nm范围内的光谱反射率随波长的增长增加的较快，在1500-1750nm范围内的光谱反射率随波长增加有单调下降趋势。图31400-1850波长下不同含水率土壤光谱曲线图3表明：在土壤湿度从3.22%-20.22%之间，土壤光谱的反射率在1400-1850nm之间会随着土壤含水量的增加而降低，在土壤含水量为6.22%到9.22%之间，和9.22%到12.22%之间的反射率变化很明显。其中，在1550n

7、m处，3.22%的光谱反射率达到最大，最大为0.54。当土壤含水量达到20.22%，反射率为0.1，两者相差5倍左右。图41400-1850波长下三种不同含水率土壤光谱曲线图4表明：在土壤湿度为20.22%-22.22%之间，土壤光谱的反射率随湿度的变化而变化的程度不明显。三者的反射率值大约为0.11。图51400-1850波长下四种不同含水率土壤光谱曲线图5表明：当土壤湿度大于22.22%时，土壤光谱的反射率变化又变得明显。22.22%与23.22%之间的土壤反射率相差0.01。24.22%与25.22%之间的

8、土壤反射率也相差0.01。但23.22%与24.22%之间的土壤反射率却相差不明显。但是彼此的反射率值相差不大。通过以上分析，得到土壤水分引起的土壤反射光谱在1400nm，1900nm和2200nm处有三个吸收带，且认为1900nm是土壤水分的特征波段。2.2对比试验结果分析为了消除铝土盒尺寸对试验的影响，进行了盆装土对比的试验，结果如图6和图7所示图6不同土壤含水率的光