土壤鹽漬化遙感監(jiān)測(cè)影響因素分析

徐振鑫，楊兵兵，岳勝如

(塔里木大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300)

遙感技術(shù)已成為土壤鹽漬化監(jiān)測(cè)的重要手段，但從目前的研究來(lái)看，土壤鹽漬化遙感監(jiān)測(cè)的機(jī)理和規(guī)律并沒(méi)有被完全掌握[1]，不同的土壤類(lèi)型、土壤含鹽量、鹽成分、土壤濕度及混合像元等因素均影響其光譜特征[2]，以致于不同學(xué)者在不同的研究區(qū)域得到不同甚至是相反的研究結(jié)果。

1 土壤鹽漬化遙感監(jiān)測(cè)的影響因素

1.1 土壤類(lèi)型

土壤類(lèi)型不同，其物質(zhì)構(gòu)成差別很大，從而造成光譜反射率特征參數(shù)差異顯著[3]。代希君[4]在進(jìn)行土壤鹽漬化高光譜監(jiān)測(cè)研究中，以南疆鹽漬土為對(duì)象，分別測(cè)定灌淤土、水稻土和潮土三類(lèi)土壤的高光譜特征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同土壤類(lèi)型的光譜曲線變化特征基本一致，但反射強(qiáng)度存在顯著差異。根據(jù)土壤不同的光譜特征，可將土壤分為三種主要類(lèi)型[5]，第一種的典型代表為黑鈣土，其反射光譜曲線在不同的波段之間較為平滑均勻，整體反射率較低；第二種的典型代表為淋溶土，土壤的反射光譜曲線整體較為平穩(wěn)，在320～750 nm其反射率呈現(xiàn)逐漸增加趨勢(shì)，斜率基本不發(fā)生變化，750 nm以后反射光譜曲線斜率迅速減小至0左右；第三種以磚紅壤為代表，其反射光譜曲線特征為反射率隨波長(zhǎng)增加而急劇增加，曲線斜率較大。因此，在區(qū)域土壤鹽漬化遙感監(jiān)測(cè)中區(qū)分土壤類(lèi)型，研究區(qū)域土壤反射光譜特征是必要的。

1.2 土壤含鹽量

含鹽量不同的土壤，其反射光譜曲線特征是基本一致的，主要是反射率的大小不同，總體而言，土壤含鹽量大，反射率就大。在400～2 400 nm，可見(jiàn)光和近紅外波段的反射率小于短波紅外的土壤反射率，可見(jiàn)光波段的反射率小于近紅外波段，含鹽量不同的土壤光譜曲線谷值出現(xiàn)在1 950 nm附近，峰值出現(xiàn)在2 100 nm附近，含鹽量不同的土壤光譜曲線在可見(jiàn)光到近紅外波段之間均表現(xiàn)為反射率逐漸增大的特征。除了可以進(jìn)行土壤含鹽量的整體估算外，在混合鹽類(lèi)土壤情況下，如果鹽類(lèi)的組成較為單一，特別是主要鹽類(lèi)只有一種的情況下，在土壤含鹽量一定的情況下，土壤含鹽量和其主要鹽成分的敏感波段特征具有一致性，即在鹽類(lèi)組成單一的情況下，可以根據(jù)土壤光譜特征分析土壤主要鹽成分。江紅南[2]以庫(kù)車(chē)河-渭干河綠洲為研究區(qū)進(jìn)行基于光學(xué)遙感的土壤鹽漬化定量監(jiān)測(cè)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：土壤中不同類(lèi)型鹽離子的敏感波段存在差異，可以利用HJ-1A高光譜數(shù)據(jù)分析土壤中的主要鹽類(lèi)組成。深層和表層土壤含鹽量與土壤反射率存在中介效應(yīng)，即表層土壤含鹽量受到深層土壤含鹽量的影響，進(jìn)而影響土壤反射率。土壤含鹽量與土壤反射率存在近似的線性關(guān)系。

1.3 土壤濕度

土壤濕度不同，其反射光譜特征也不同，土壤光譜在近紅外、可見(jiàn)光波段表現(xiàn)出的波譜特征隨土壤濕度的變化而變化，土壤含水量越少濕度越低，那么紅光、近紅外波段的吸收越弱，則反射率越高。利用紅光、近紅外、短波紅外波段可以描述土壤光譜變化的絕大部分信息[6]。在土壤母質(zhì)及其他因素不變的情況下，土壤的含水量大小對(duì)土壤反射率有著非常重要的影響[7]。相關(guān)研究：朱永豪[8]發(fā)現(xiàn)在相同的土壤條件下，隨著含水量的增加各波長(zhǎng)或波段的土壤反射率并非表現(xiàn)為簡(jiǎn)單的線性變化，而是呈現(xiàn)二次回歸方程規(guī)律；田國(guó)良[9]研究不同波長(zhǎng)土壤水分與反射率曲線發(fā)現(xiàn)，在含水量大于5%時(shí)，反射率隨土壤含水量的增加呈現(xiàn)指數(shù)下降特征。因此，在區(qū)域土壤鹽漬化遙感監(jiān)測(cè)中考慮土壤濕度的空間異質(zhì)性對(duì)土壤光譜特征帶來(lái)的影響對(duì)提高土壤鹽漬化監(jiān)測(cè)精度是必要的。

1.4 混合像元

光學(xué)遙感可以對(duì)地物進(jìn)行識(shí)別，提供豐富的光譜信息。在土壤鹽漬化遙感監(jiān)測(cè)應(yīng)用中面臨的突出問(wèn)題是混合像元的問(wèn)題。作為影像的基本單元，像元受到分辨率和地物的影響，單個(gè)像元內(nèi)如果存在兩種及以上的地物，即為混合像元，這在實(shí)際研究工作中是廣泛存在的[10]。混合像元光譜特征是由各端元地物光譜的混合結(jié)果，因?yàn)榛旌舷裨拇嬖冢瑒t不可避免會(huì)產(chǎn)生異物同譜或同譜異物的現(xiàn)象，從而在土壤鹽漬化遙感監(jiān)測(cè)中影響土壤信息提取精度，混合像元分解模型可以解決各端元分解問(wèn)題。存在的問(wèn)題是在嚴(yán)重的混合情況下，假定的“純凈像元”不完全成立，此時(shí)估計(jì)端元向?qū)嶋H端元逼近的問(wèn)題?；旌舷裨胁淮_定端元數(shù)的分解問(wèn)題，自動(dòng)提取端元光譜的問(wèn)題等[2]。

2 討論

土壤光譜特征曲線受到眾多因素共同影響，其實(shí)際上是土壤類(lèi)型、土壤鹽分、土壤鹽成分、土壤濕度以及混合像元等多種因素耦合而成。當(dāng)前土壤鹽漬化遙感監(jiān)測(cè)研究中，較少考慮土壤類(lèi)型、土壤鹽分、土壤鹽成分、土壤濕度等因素的綜合影響。在混合像元分解方面，現(xiàn)有研究鮮有討論不同分解方法對(duì)鹽漬化信息提取精度的影響，較少分析土壤鹽分在剖面上的分布特征以及對(duì)土壤反射光譜的間接影響。

不同區(qū)域土壤鹽漬化影響因素很多，發(fā)生的機(jī)理不盡相同。土壤鹽漬化遙感監(jiān)測(cè)深度受限于電磁波的穿透能力，因此主要用于土壤表層鹽漬化監(jiān)測(cè)，而地表及剖面鹽分受土壤水分運(yùn)移、地下水埋深等影響大且變化迅速，不同鹽離子在土層的分布規(guī)律存在差異，在區(qū)域土壤鹽漬化遙感監(jiān)測(cè)過(guò)程中有必要進(jìn)行影響討論。

區(qū)域土壤鹽漬化遙感監(jiān)測(cè)精度的提高還有很多問(wèn)題亟需解決。確定主要影響因素，將其和遙感影像數(shù)據(jù)集成可能是提高區(qū)域鹽漬化監(jiān)測(cè)精度的有效途徑。