土壤鹽漬化遙感監(jiān)測影響因素分析

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)測的重要手段，但從目前的研究來看，土壤鹽漬化遙感監(jiān)測的機(jī)理和規(guī)律并沒有被完全掌握[1]，不同的土壤類型、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)測的影響因素

1.1 土壤類型

土壤類型不同，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)測研究中，以南疆鹽漬土為對象，分別測定灌淤土、水稻土和潮土三類土壤的高光譜特征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同土壤類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，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)測中區(qū)分土壤類型，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，在混合鹽類土壤情況下，如果鹽類的組成較為單一，特別是主要鹽類只有一種的情況下，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]以庫車河-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)測研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：土壤中不同類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或波段的土壤反射率并非表現(xiàn)為簡單的線性變化，而是呈現(xiàn)二次回歸方程規(guī)律；田國良[9]研究不同波長土壤水分與反射率曲線發(fā)現(xiàn)，在含水量大于5%時，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)測中考慮土壤濕度的空間異質(zhì)性對土壤光譜特征帶來的影響對提高土壤鹽漬化監(jiān)測精度是必要的。

1.4 混合像元

光學(xué)遙感可以對地物進(jìn)行識別，提供豐富的光譜信息。在土壤鹽漬化遙感監(jiān)測應(yīng)用中面臨的突出問題是混合像元的問題。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，這在實際研究工作中是廣泛存在的[10]?；旌舷裨庾V特征是由各端元地物光譜的混合結(jié)果，因為混合像元的存在，則不可避免會產(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題。存在的問題是在嚴(yán)重的混合情況下，假定的“純凈像元”不完全成立，此時估計端元向?qū)嶋H端元逼近的問題。混合像元中不確定端元數(shù)的分解問題，自動提取端元光譜的問題等[2]。

2 討論

土壤光譜特征曲線受到眾多因素共同影響，其實際上是土壤類型、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)測研究中，較少考慮土壤類型、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，而地表及剖面鹽分受土壤水分運移、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)測過程中有必要進(jìn)行影響討論。

區(qū)域土壤鹽漬化遙感監(jiān)測精度的提高還有很多問題亟需解決。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)測精度的有效途徑。