[發明專利]石灰質土壤無機磷含量高光譜估算方法

在審

• 申請號: 202110671021.6
• 申請日: 2021-06-17
• 公開（公告）號: CN113376104A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 熊俊峰;林晨;鄭光輝;馬榮華
• 申請（專利權）人: 中國科學院南京地理與湖泊研究所
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25;G06F17/10
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務所 32230
• 代理人: 徐蓓;尹妍

本發明涉及石灰質土壤無機磷含量高光譜估算方法，基于風干研磨后的土壤樣品，分別測試土壤無機磷及其主要礦物磷成分含量和室內高光譜數據，對光譜數據進行斷點校正和重采樣處理，經過不同的數學變換后，利用多元逐步回歸構建不同礦物磷的估算模型，耦合得到無機磷估算模型。采用本發明的方法能夠實現土壤無機磷的高光譜估算，首次提出利用在我國廣泛分布的石灰質土壤的特征，基于石灰質土壤中大量礦物磷間接估算無機磷，避免了有機質、土壤水分等物質對反射光譜的影響，有助于大范圍土壤無機磷含量制圖和土壤肥力評價，為精準農業和土壤資源的可持續利用提供參考依據。

技術領域

本發明屬于遙感技術領域，具體涉及一種石灰質土壤無機磷含量高光譜估算方法。

背景技術

土壤是農業生產的基礎，了解土壤的理化性質對農業用地進行分等劃級，提高糧食產量，檢測土壤的污染情況，實現精準農業等有著深刻的意義。因此，如何快速有效的獲取土壤信息，實現動態監測，實時監測，并提高監測水平，擴展監測內容(張晉，2008)成為人類社會發展的重要課題。隨著現代農業的發展和人地矛盾的日益突出，對土壤信息獲取提出了新的要求(丁國香，2008)。傳統的土壤調查雖然精度較高，但是需要通過復雜的室內分析，不僅費時費力，而且無法揭示土壤的空間異質性規律，不能滿足農業、水文、氣象等部門以及陸地生態系統相關研究對土壤時空變異狀況的要求(劉煥軍等，2007)。土壤反射光譜特性是土壤的基本特征之一，它受到土壤水分、土壤有機質含量、鐵的氧化物、土壤質地等諸多因素的影響(彭杰等，2009)，與土壤的理化性質有著密切的關系。這種關系是土壤遙感技術的物理基礎，而且也為研究土壤本身的屬性提供了一個新的途徑和指標(徐彬彬和季耿善，1987)。與傳統分析技術相比，土壤光學遙感利用土壤的反射光譜信息，可以實現土壤參數的快速測定；同時土壤光譜信息與遙感影像數據的結合應用，可以改進土壤參數測定方法，揭示土壤時空變異規律，真正實現對土壤參數與質量的動態監測，為相關生產與研究提供土壤時空信息支持(劉煥軍等，2007)。

土壤磷是土壤肥力評價的重要指標，其存在形態復雜，可分為有機磷和無機磷(IP)，其中，IP一般占土壤全磷的60％-80％(Sunet al.,2011)，主要包括土壤中殘存的原生含磷礦物、各種次生的無機磷酸鹽和磷酸根離子，歸類為3種形態：水溶態、吸附態和礦物態，其中礦物態占比90％以上，與土壤中鐵、鈣和鋁等元素的結合十分密切(Bezerraetal.,2015；Hinsinger,2001；Beckand Sanchez,1996)。

由于磷自身并無顯著的光譜特征(Lin et al.,2015；徐麗華等,2013)，而實驗室內測得土壤光譜主要受到土壤粒徑、有機質和鐵的影響(Oliveiraetal.,2015；彭杰等,2013；Rivero et al.,2009)，因此，雖然土壤磷中僅有1/4的磷為有機磷，但是磷的光譜估算卻受到有機質嚴重影響。例如，章文龍等(2015)發現閩江河口濕地的土壤總磷與有機質診斷指數在360-560nm波段內呈現出高度相關。因此，在土壤磷含量光譜估算研究中，一般使用經驗算法構建模型(賈生堯等,2015；Bogrekci andLee,2007；Rossel et al.,2006)，土壤磷的光譜測定雖然具有一定的準確性，但是受土壤理化屬性的影響嚴重，很不穩定。例如Rossel等(2006)，通過偏最小二乘法估算速效磷含量，R²僅有0.2。Hu(2013)同樣應用偏最小二乘模型估算了總磷含量，R²達到了0.65。但是，影響土壤磷光譜估算結果首先應該是磷自身的特性，尤其是占比較高的礦物磷，因此，Sridhar等(2009)等研究了礦物磷的光譜特征，發現在1100-1500nm波段存在IP的光譜特征；Bogrekci和Lee(2004)認為土壤中鐵、鈣、鎂、鋁與磷的結合十分密切，發現這幾種金屬元素與磷的結合物在紫外和近紅外有著較為明顯的反射特征。目前土壤磷含量光譜估算研究主要針對總磷展開，而且由于受到有機質和總氮等土壤理化特性的影響，總磷模擬結果參差，土壤總磷含量高光譜估算研究一度陷入困境。

參考文獻