基于多光譜遙感的鹽漬化評(píng)價(jià)指數(shù)對(duì)寧夏銀北灌區(qū)土壤鹽度預(yù)測(cè)的適用性分析

吳霞，王長(zhǎng)軍，樊麗琴，李磊

(寧夏農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，銀川 750002)

0 引言

土壤鹽漬化是自然或人類(lèi)不合理灌溉造成鹽分在土壤中逐漸積累而形成的一種土壤退化現(xiàn)象，是干旱地區(qū)最主要的土地退化形式之一，也是制約農(nóng)業(yè)發(fā)展和影響生態(tài)環(huán)境的一個(gè)重要因素[1-2]。寧夏平原雖處于內(nèi)陸干旱區(qū)，年降雨量?jī)H200 mm左右，但因地處黃河中上游，灌溉水源充足，農(nóng)林牧漁業(yè)發(fā)達(dá)，素有“塞上江南”的美譽(yù)。與此同時(shí)，土壤鹽漬化及次生鹽漬化問(wèn)題一直是制約寧夏平原農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸，尤其是寧夏北灌區(qū)，地勢(shì)低洼，灌排不暢，土壤鹽漬化問(wèn)題十分突出[3-5]。因此，快速并精確掌握土壤鹽漬化信息對(duì)區(qū)域農(nóng)業(yè)用地規(guī)劃、水土水資源合理配置以及土壤鹽漬化綜合防治等至關(guān)重要。傳統(tǒng)的以野外實(shí)地調(diào)查為手段獲取土壤鹽漬化信息的方法不僅耗時(shí)耗力，且所獲取的鹽漬化信息的準(zhǔn)確性受到樣點(diǎn)的代表性和采樣數(shù)量的影響較大，難以實(shí)現(xiàn)大范圍高精度動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。而遙感數(shù)據(jù)具有受地面限制少、覆蓋范圍廣、獲取速度快、歷史資料豐富、成本低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用到土壤鹽漬化的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)中[6-7]。

隨著傳感器、信息傳輸、圖像處理等遙感技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和提高，以有限的野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和多光譜、高光譜等遙感數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行土壤鹽漬化信息提取、定量化評(píng)估、模擬預(yù)測(cè)等技術(shù)日趨成熟[8-11]。研究發(fā)現(xiàn)裸露的土壤表面積集聚的鹽結(jié)皮在可見(jiàn)光和近紅外波段光譜反射率較強(qiáng)，且反射率隨著土壤鹽含量的增加而增強(qiáng)，可直接用于獲取土壤鹽度信息，而在鹽生植被覆蓋區(qū)域紅光和綠光波段則被用于間接推算土壤鹽漬化程度[12-13]。隨著多波段傳感器的發(fā)展，諸多國(guó)內(nèi)外學(xué)者們基于土壤鹽分與光譜特征之間的關(guān)系及波段組合構(gòu)建了大量土壤鹽分指數(shù)，嘗試用不同方法對(duì)區(qū)域土壤含鹽量進(jìn)行定量反演和預(yù)測(cè)。Allbed等[14]基于IKONOS衛(wèi)星影像分析了13個(gè)土壤植被指數(shù)和鹽分指數(shù)對(duì)沙特阿拉伯東部地區(qū)哈薩綠洲土壤鹽度的預(yù)測(cè)能力，結(jié)果表明歸一化鹽分指數(shù)(normalized differential salinity index，NDSI)和鹽度指數(shù)(salinity index T，SI-T)是評(píng)價(jià)植被密集均勻耕地土壤鹽分的最佳指標(biāo)；Elia等[15]在對(duì)美國(guó)加利福尼亞州圣華金河谷地區(qū)土壤鹽分的研究中發(fā)現(xiàn)，基于Landsat7 ETM+影像提取的冠層鹽分響應(yīng)指數(shù)(canopy response salinity index，CRSI)對(duì)研究區(qū)土壤鹽度較敏感，預(yù)測(cè)精度較理想(R2=0.79);陳紅艷等[16]在對(duì)黃河三角洲鹽漬土的研究中引入短波紅外波段對(duì)傳統(tǒng)植被指數(shù)進(jìn)行擴(kuò)展，提出擴(kuò)展的歸一化植被指數(shù)(extented normalized difference vegetation index，ENDVI)，獲得了較好的土壤鹽分空間反演結(jié)果；王飛等[17]利用曲線模型擬合了14個(gè)土壤鹽分指數(shù)和植被指數(shù)對(duì)新疆天山南北典型綠洲土壤鹽度的敏感性，結(jié)果顯示不同研究區(qū)、不同深度土壤鹽度的敏感指數(shù)差異性較大。土壤鹽漬化具有明顯的區(qū)域特征，受氣候、地形地貌、植被覆蓋等影響，不同地區(qū)鹽漬化土壤反射光譜特征差異性較大，雖然這些土壤鹽漬化評(píng)價(jià)指數(shù)取得了較為理想的結(jié)果，但這些研究多是針對(duì)特定地區(qū)某一時(shí)期的遙感影像開(kāi)展的，所建立的鹽漬化評(píng)價(jià)指數(shù)在其他地區(qū)的適用性有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

寧夏平原地處我國(guó)西北內(nèi)陸地區(qū)，干旱少雨，蒸發(fā)強(qiáng)烈，土壤鹽漬化是制約農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素。目前針對(duì)寧夏平原的土壤鹽漬化遙感監(jiān)測(cè)研究中僅于文婧[18]利用歸一化植被指數(shù)(normalized difference vegetation index，NDVI)評(píng)價(jià)了平羅縣土壤鹽漬化狀況，其他指數(shù)較少應(yīng)用到寧夏平原，且多個(gè)評(píng)價(jià)指數(shù)在寧夏平原的適用性對(duì)比研究尚未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。本研究以寧夏銀北灌區(qū)實(shí)測(cè)土壤EC和Landsat8 OLI遙感影像為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，研究不同土壤鹽漬化評(píng)價(jià)指數(shù)與土壤EC的擬合關(guān)系，從而選取研究區(qū)最佳土壤鹽度評(píng)價(jià)指數(shù)，為銀北地區(qū)土壤鹽漬化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、有效防治、農(nóng)業(yè)規(guī)劃等提供技術(shù)支持。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)源

1.1 研究區(qū)概況

寧夏銀北灌區(qū)位于黃河中游上段、寧夏平原北部(圖1)，包括賀蘭縣、平羅縣、惠農(nóng)縣和大武口區(qū)，屬于典型的大陸性干旱氣候，全年降雨量稀少，日照充足，蒸發(fā)強(qiáng)烈，年均蒸發(fā)量是降水量的10倍以上，年均地下水埋深1.6 m，灌期(8月)地下水埋深1.0～1.5 m，土壤類(lèi)型以鹽堿土、灰鈣土、白疆土和灌淤土為主[19]。受氣候、地形、土壤、地下水等自然因素以及人為不合理灌溉的影響，銀北灌區(qū)土壤鹽漬化嚴(yán)重，已經(jīng)成為寧夏土壤鹽漬化最為嚴(yán)重的地區(qū)，鹽堿地已占總耕地面積的51%以上，嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展[20]。隨著黃河引水量的減少，銀北地區(qū)土壤鹽漬化有進(jìn)一步加重和擴(kuò)大的趨勢(shì)，必將給農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境造成更大危害，因此鹽漬化問(wèn)題成為銀北地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中亟待解決的問(wèn)題。

圖1 研究區(qū)影像及采樣點(diǎn)示意圖Fig.1 Study area image and sampling points

1.2 土壤樣品采集及室內(nèi)測(cè)定

根據(jù)研究區(qū)土地利用類(lèi)型、鹽漬化程度、地形地貌等均勻布設(shè)樣點(diǎn)，共布設(shè)采樣點(diǎn)56個(gè)，每個(gè)采樣點(diǎn)的采樣范圍為30 m×30 m的區(qū)域，與Landsat8 OLI影像的像元大小一致，于2014年10月14日—10月21日進(jìn)行野外土壤樣品采集。每個(gè)采樣點(diǎn)按梅花形采樣法采集樣區(qū)中心點(diǎn)和對(duì)角線上距中心點(diǎn)15 m的4個(gè)點(diǎn)的土壤混合為一個(gè)樣本，采樣深度為0～20 cm，將采集的土壤樣本在實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干、研磨、過(guò)2 mm篩后制成待測(cè)樣本。樣本含鹽量采用電導(dǎo)法測(cè)定[21]，即先制備1∶5土水比的土壤浸提液，再采用電導(dǎo)率儀測(cè)得土壤浸提液的EC值，后續(xù)直接采用土壤浸提液的EC值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1.3 遙感影像獲取與預(yù)處理

選取與研究區(qū)野外土壤采樣時(shí)間對(duì)應(yīng)的2014年10月16日的Landsat8 OLI 遙感影像，數(shù)據(jù)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn)，行列號(hào)為129/33，云量為5.73%，數(shù)據(jù)質(zhì)量良好。該影像數(shù)據(jù)包含OLI陸地成像儀的9個(gè)波段和TIRS熱紅外傳感器的2個(gè)波段，本研究主要采用影像的B1—B7進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)空間分辨率為30 m[22]。首先在ENVI 5.3軟件中完成影像的輻射定標(biāo)、大氣校正、裁剪等預(yù)處理工作，再利用ArcGIS10.1軟件提取采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的影像反射率數(shù)據(jù)，用于計(jì)算相關(guān)土壤鹽漬化評(píng)價(jià)指數(shù)。

2 研究方法

2.1 土壤鹽漬化指數(shù)提取

研究發(fā)現(xiàn)遙感影像中的可見(jiàn)光和近紅外波段對(duì)土壤鹽漬化較為敏感，將其與土壤鹽度關(guān)聯(lián)構(gòu)建土壤鹽度指數(shù)，是監(jiān)測(cè)裸地土壤鹽漬化程度的一種有效方法[23]。另外，鹽漬化土壤中的鹽分對(duì)植物生長(zhǎng)造成一定危害，鹽漬化程度越重的地區(qū)植被覆蓋度越低，因此植被覆蓋狀況是很好的鹽漬化程度間接指標(biāo)，據(jù)此判斷土壤鹽漬化程度的方法被廣泛應(yīng)用于土壤鹽漬化遙感監(jiān)測(cè)[24]。本研究在查閱相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，選取了NDSI，S1，S2，SI等12種土壤鹽度指數(shù)；NDVI等7種植被指數(shù)；以及基于NDVI-SI特征空間構(gòu)建的土壤鹽漬化遙感監(jiān)測(cè)指數(shù)模型(salinization detection index，SDI)共20種土壤鹽分評(píng)價(jià)相關(guān)指數(shù)(表1)分析其與土壤鹽度之間的定量關(guān)系。

表1 土壤鹽漬化評(píng)價(jià)指數(shù)①Tab.1 Ealuation index of soil salinization

(續(xù)表)

①表中：B，G,R,NIR,SWIR1和SWIR2分別為藍(lán)波段、綠波段、紅波段、近紅外波段及2個(gè)短紅外波段的反射率。

2.2 數(shù)據(jù)分析方法

2.2.1 相關(guān)分析

相關(guān)分析(correlation analysis)是研究現(xiàn)象之間是否存在某種依存關(guān)系，并對(duì)具體有依存關(guān)系的現(xiàn)象探討其相關(guān)方向以及相關(guān)程度的一種統(tǒng)計(jì)方法[28]。本研究中應(yīng)用相關(guān)分析方法研究土壤鹽漬化評(píng)價(jià)指數(shù)與土壤EC的關(guān)聯(lián)程度。

2.2.2 曲線回歸分析

本研究采用線性、對(duì)數(shù)、逆模型等11種曲線回歸模型(表2)分析土壤EC與上述土壤鹽分指數(shù)、植被指數(shù)的線性關(guān)系。擬合結(jié)果中僅保留通過(guò)顯著性檢驗(yàn)(Sig.<0.05)的回歸模型，并引用決定系數(shù)R2和均方根誤差(root mean square error,RMSE)評(píng)價(jià)不同曲線模型對(duì)土壤鹽分的擬合精度。

表2 曲線回歸模型及其公式①Tab.2 Curve regression model and its mathematical expression

①表中：b0，b1，b2，b3，u為擬合方程系數(shù)；Y為土壤EC；t為土壤鹽分指數(shù)和植被指數(shù)。

3 結(jié)果分析

3.1 土壤鹽度描述性統(tǒng)計(jì)分析

將研究區(qū)土壤樣本按含鹽量劃分為非鹽漬化(<0.1%)、輕度鹽漬化(0.1%～0.3%)、中度鹽漬化(0.3%～0.6%)和重度鹽漬化(>0.6%)樣本，由于中度和重度鹽漬化土壤樣本較少，故將二者合并為中重度鹽漬化樣本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，全樣本及不同鹽度水平土壤EC統(tǒng)計(jì)特征如表3所示。結(jié)果顯示研究區(qū)土壤樣本中以非鹽漬化和輕度鹽漬化土壤為主，合計(jì)占比82.68%，整體樣本的土壤EC變異系數(shù)(1.78)較大，屬于強(qiáng)變異水平，表明土壤鹽度空間變異較大。

表3 研究區(qū)土壤EC的統(tǒng)計(jì)特征Tab.3 Statistical characteristics of soil EC in the study area

3.2 評(píng)價(jià)指數(shù)與土壤鹽度之間的相關(guān)性分析

利用SPSS 25軟件的相關(guān)分析工具計(jì)算各土壤鹽漬化評(píng)價(jià)指數(shù)與土壤EC的相關(guān)系數(shù)，并繪制指數(shù)與土壤EC相關(guān)性圖(圖2)。分析可知，12個(gè)鹽分指數(shù)中S3，S5，S6和SI與土壤EC相關(guān)系數(shù)均在0.50以上，呈較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系，其余鹽分指數(shù)與土壤EC呈較弱的正相關(guān)關(guān)系。植被指數(shù)中EVI、EEVI和SDI與土壤EC呈較弱正相關(guān)，其余植被指數(shù)均呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中指數(shù)CRSI與土壤EC相關(guān)系數(shù)最大(R=-0.45)，但仍屬于較弱的相關(guān)關(guān)系，由此可見(jiàn)，植被指數(shù)與土壤EC的相關(guān)關(guān)系整體弱于鹽分指數(shù)。

圖2 土壤EC與鹽漬化評(píng)價(jià)指數(shù)之間的相關(guān)性圖Fig.2 Correlation between soil EC and salinization evaluation index

3.3 評(píng)價(jià)指數(shù)與土壤鹽度的曲線擬合結(jié)果分析

利用SPSS 25軟件中的曲線估算模型擬合研究區(qū)土壤鹽漬化評(píng)價(jià)指數(shù)與土壤鹽度之間的關(guān)系，全樣本評(píng)價(jià)指數(shù)與土壤EC的擬合結(jié)果如表4所示，輕度鹽漬化與重度鹽漬化土壤EC與各鹽漬化評(píng)價(jià)指數(shù)的擬合結(jié)果如表5和表6所示，非鹽漬化土壤所有評(píng)價(jià)指數(shù)與土壤EC擬合結(jié)果均不顯著，在此不進(jìn)行分析。

表4 鹽漬化評(píng)價(jià)指數(shù)與全樣本土壤EC之間的曲線擬合結(jié)果Tab.4 Curve fitting results between salinization evaluation index and soil EC(Full sample)

(續(xù)表)

表5 鹽漬化評(píng)價(jià)指數(shù)與土壤EC之間的曲線擬合結(jié)果(輕度鹽漬化)Tab.5 Curve fitting results between salinization evaluation index and soil EC(Slight salinization)

表6 鹽漬化評(píng)價(jià)指數(shù)與土壤EC之間的曲線擬合結(jié)果(中重度鹽漬化)Tab.6 Curve fitting results between salinization evaluation index and soil EC(Moderate and severe salinization)

(續(xù)表)

分析各鹽漬化評(píng)價(jià)指數(shù)對(duì)研究區(qū)全樣本土壤EC的擬合結(jié)果可知，12個(gè)鹽分指數(shù)中S5對(duì)土壤EC的擬合效果最好(三次函數(shù)模型，R2=0.406)，其次為指數(shù)S3(三次函數(shù)模型，R2=0.395)，鹽分指數(shù)NDSI擬合效果最差(R2=0.095)，其余鹽分指數(shù)與土壤EC的最優(yōu)擬合模型R2介于0.257～0.382之間，預(yù)測(cè)RMSE在0.577 mS/cm以上。9個(gè)植被指數(shù)對(duì)研究區(qū)土壤EC的擬合度整體低于鹽分指數(shù)，表現(xiàn)最好的為CRSI指數(shù)，擬合度接近于鹽分指數(shù)的中等擬合水平(三次函數(shù)模型，R2=0.284)。擬合模型中，有15個(gè)指數(shù)均是三次函數(shù)模型的擬合度最高，二次函數(shù)模型次之；復(fù)合函數(shù)模型、增長(zhǎng)函數(shù)模型、指數(shù)函數(shù)模型和邏輯函數(shù)模型的擬合度略低且擬合結(jié)果一致；對(duì)數(shù)函數(shù)模型、逆模型和S模型的擬合效果較差；線性函數(shù)模型的擬合效果不理想，擬合度最高為指數(shù)S3(R2=0.335)，低于該指數(shù)擬合度最高的三次函數(shù)模型。

由表5和表6可知，隨著土壤鹽度水平的增加，鹽漬化評(píng)價(jià)指數(shù)對(duì)土壤EC的擬合效果顯著提升。輕度鹽漬化土壤樣本中擬合度最高為基于三次函數(shù)模型的指數(shù)GDVI，擬合度R2=0.419，其次為指數(shù)S5和SI2，指數(shù)S3，SI，Int2和CRSI對(duì)輕度鹽漬化土壤EC擬合效果顯著，其余指數(shù)擬合結(jié)果均不顯著，最優(yōu)擬合模型為二次函數(shù)模型或三次函數(shù)模型。中重度鹽漬化樣本中有13個(gè)指數(shù)(11個(gè)鹽分指數(shù)，2個(gè)植被指數(shù))與土壤EC呈顯著性擬合關(guān)系，指數(shù)S1和S2對(duì)中重度鹽漬化土壤EC的擬合效果最好，指數(shù)S1的S模型、二次函數(shù)模型、三次函數(shù)模型和冪函數(shù)模型，指數(shù)S2的二次函數(shù)模型和三次函數(shù)模型的擬合度R2均達(dá)到0.700以上。指數(shù)S1的S函數(shù)模型擬合度最高(R2=0.730)，但RMSE較大(0.872 mS/cm)，因此，選擇RMSE最小(0.621 mS/cm)，擬合度相近的三次函數(shù)模型(R2=0.724)評(píng)價(jià)中重度鹽漬化土壤鹽度更為合適。

根據(jù)上述分析結(jié)果，研究區(qū)全樣本、輕度鹽漬化和中重度鹽漬化樣本的最優(yōu)評(píng)價(jià)指數(shù)分別為S5、GDVI和S1，最優(yōu)擬合模型均為三次函數(shù)模型，其預(yù)測(cè)結(jié)果如圖3所示。

(a)全樣本 (b)輕度鹽漬化樣本 (c)中重度鹽漬化樣本

3.4 研究區(qū)土壤EC空間分布

以研究區(qū)遙感影像為基礎(chǔ)，利用最優(yōu)預(yù)測(cè)指數(shù)S5和三次函數(shù)模型繪制研究區(qū)土壤EC分布圖(圖4)。整體來(lái)看研究區(qū)土壤鹽漬化程度較低，非鹽漬化和輕度鹽漬化土壤約占研究區(qū)總面積的85.57%，中重度鹽漬化土壤面積約為15.57%，主要分布在研究區(qū)中部、北部地勢(shì)較低洼地區(qū)，以及黃河?xùn)|岸沿岸區(qū)域，鹽漬化土壤分布情況與野外采集樣本的描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果較為一致。

圖4 研究區(qū)土壤EC分布圖Fig.4 Distribution map of soil EC in the study area

4 討論

目前已有許多學(xué)者基于遙感影像光譜信息建立了眾多土壤鹽漬化評(píng)價(jià)指數(shù)[14,17,29]，這些指數(shù)中僅有SI，SDI，NDVI，CRSI等在寧夏銀川平原的土壤鹽度監(jiān)測(cè)中得到應(yīng)用[18-19,30]，其他指數(shù)較少應(yīng)用到寧夏銀北地區(qū)。本研究以采集的寧夏銀北灌區(qū)52個(gè)表層土壤樣本為基礎(chǔ)，結(jié)合該地區(qū)同時(shí)期多光譜遙感影像，提取并分析了20個(gè)土壤鹽度指數(shù)和植被指數(shù)對(duì)研究區(qū)土壤EC的擬合效果，既擴(kuò)大了這些評(píng)價(jià)指數(shù)的應(yīng)用范圍，又豐富了寧夏銀北灌區(qū)土壤鹽漬化遙感監(jiān)測(cè)研究。

干旱區(qū)土壤鹽度受降雨、蒸發(fā)、農(nóng)業(yè)灌溉等影響，季節(jié)變化明顯[9,31]。從所采集的52個(gè)表層土壤樣本來(lái)看，研究區(qū)土壤以非鹽漬化和輕度鹽漬化為主，中重度鹽漬化土壤僅占17.32%，這主要與研究區(qū)土壤鹽度隨季節(jié)變化有關(guān)。寧夏銀北灌區(qū)冬春季節(jié)干旱少雨，土壤多以裸露為主，蒸發(fā)強(qiáng)烈，鹽分隨水向土壤表層聚集，因此表層土壤鹽度水平較重；而夏秋季節(jié)由于作物覆蓋、降雨、灌溉等影響，鹽分隨水向土壤深層運(yùn)動(dòng)，表層土壤鹽度較低。本研究中土壤采樣時(shí)間為深秋季節(jié)，表層土壤含鹽量較少，與研究區(qū)實(shí)際情況一致。

已有研究表明在裸土或植被覆蓋度較低的區(qū)域，鹽分指數(shù)是直接監(jiān)測(cè)土壤鹽度的有力手段，植被覆蓋度較高的地區(qū)，植被指數(shù)可作為間接監(jiān)測(cè)土壤鹽度的重要方法[17]。從評(píng)價(jià)指數(shù)與土壤鹽度的相關(guān)性分析可知，研究區(qū)12個(gè)鹽分指數(shù)與全樣本土壤EC一致呈正相關(guān)且相關(guān)系數(shù)較大，植被指數(shù)與土壤EC的正負(fù)相關(guān)性和相關(guān)系數(shù)均差異較大，因此選取鹽分指數(shù)對(duì)銀北灌區(qū)秋季作物收獲后、植被覆蓋度較低時(shí)節(jié)的土壤鹽度進(jìn)行監(jiān)測(cè)具有一定的實(shí)際應(yīng)用意義。此外，研究區(qū)土壤鹽度越高，鹽分指數(shù)和植被指數(shù)均表現(xiàn)為與土壤EC的相關(guān)系數(shù)越大，說(shuō)明研究區(qū)土壤鹽度越高，評(píng)價(jià)指數(shù)對(duì)土壤EC的解釋越準(zhǔn)確，這與前人的研究結(jié)果高度一致[1,32]。

不同地區(qū)土壤鹽漬化發(fā)生、發(fā)展和變化規(guī)律差異性較大[2,17,33-34]。通過(guò)對(duì)20個(gè)評(píng)價(jià)指數(shù)與研究區(qū)土壤EC的曲線擬合結(jié)果來(lái)看，鹽分指數(shù)對(duì)土壤EC的擬合度整體高于植被指數(shù)，但擬合度并不高(全樣本中最高擬合度R2僅為0.408)，究其原因可能是研究區(qū)深秋季節(jié)表層土壤鹽度較低，土壤反射光譜信息相對(duì)較復(fù)雜，對(duì)土壤鹽度的解釋力度較弱。擬合模型中三次函數(shù)模型、二次函數(shù)模型、復(fù)合函數(shù)模型等非線性模型對(duì)土壤EC的擬合效果較好，線性函數(shù)模型表現(xiàn)較差，進(jìn)一步驗(yàn)證了前人對(duì)于土壤鹽度與評(píng)價(jià)指數(shù)并非簡(jiǎn)單線性關(guān)系的結(jié)論[7,23,35]。

5 結(jié)論

本研究以寧夏銀北灌區(qū)為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)研究區(qū)秋季52個(gè)表層土壤樣本鹽度、鹽漬化評(píng)價(jià)指數(shù)與土壤EC的相關(guān)性以及曲線擬合結(jié)果分析，得出以下結(jié)論：

1)全樣本土壤EC介于0.04～7.52 mS/cm之間，且空間變異程度較大，變異系數(shù)為1.78，非鹽漬化和輕度鹽漬化土壤樣本合計(jì)占比82.68%。

2)鹽度指數(shù)與全樣本土壤EC均為正相關(guān)，相關(guān)性最高的為指數(shù)S3，相關(guān)系數(shù)為0.58，其次為S5、S6和SI，植被指數(shù)CRSI與土壤EC相關(guān)性相對(duì)較高(相關(guān)系數(shù)為-0.45)，其余植被指數(shù)與土壤EC相關(guān)性較小。

3)指數(shù)對(duì)不同鹽度水平土壤EC的擬合度表現(xiàn)為隨土壤鹽度升高而顯著增加，全樣本中與土壤EC擬合度較高的為鹽分指數(shù)S2，S3，S5和SI，其中指數(shù)S5的表現(xiàn)最好(R2=0.406)，對(duì)中重度鹽漬化土壤EC的擬合度最高的為指數(shù)S1(R2=0.730)和S2(R2=0.724)。

4)7種曲線擬合模型中，基于三次函數(shù)模型、二次函數(shù)模型和S函數(shù)模型計(jì)算的評(píng)價(jià)指數(shù)與土壤EC的擬合度較高。

上述研究得出的初步結(jié)論可為寧夏銀北灌區(qū)土壤鹽度大尺度遙感監(jiān)測(cè)提供一定理論基礎(chǔ)，但整體相關(guān)性和擬合度并不高，需要進(jìn)一步加大數(shù)據(jù)量或改進(jìn)研究方法，提高鹽漬化評(píng)價(jià)指數(shù)對(duì)土壤鹽度的定量化解釋力度，同時(shí)也可更準(zhǔn)確地篩選出適合寧夏銀北灌區(qū)的鹽漬化評(píng)價(jià)指數(shù)。此外，銀北地區(qū)土壤鹽度隨季節(jié)變化較大，本研究?jī)H針對(duì)深秋時(shí)節(jié)的土壤鹽度進(jìn)行了分析，下一步需要考慮土壤表層鹽分含量較高的春季、植被覆蓋度較高的夏季指數(shù)與土壤鹽度的關(guān)系，以評(píng)價(jià)各指數(shù)在銀北灌區(qū)不同季節(jié)土壤鹽度監(jiān)測(cè)中的適用性。