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基于Landsat 8遥感影像的土壤有机碳含量遥感反演——以济宁市为例

丁冰岚  李新举  
【摘要】:土壤广泛的分布在地球表面,具有漫长且复杂的演化过程,不同空间位置上土壤属性也存在明显的差异。在土壤的众多属性中,土壤有机碳是非常重要的一种,它占土壤有机质的60%~80%,是由微生物作用所形成的腐殖质,动植物残体和微生物体的总称。土壤有机碳作为植被生长的物质基础,在提高土壤蓄水、保水与保肥能力,优化土壤结构、改善土壤肥力以及环境保护和农业生产等方面具有重要的意义。土壤有机碳也可以作为评价土地可持续利用以及土壤质量的一个非常关键的指标,因而,准确的预测土壤有机碳空间分布状况对提高土地的可持续利用能力具有十分重要的意义。同时,土壤有机碳总容量巨大,所以它在维持陆地表层生态系统的碳平衡和缓解温室效应方面具有重要的作用。遥感技术是一门新兴的技术手段,可以通过其遥感影像迅速的获得一个地区土壤的光谱反射率等多种土壤特征,而根据已有的研究,土壤的有机碳含量与土壤的光谱反射率之间存在一定的定量关系,以此为依据,可以利用遥感影像对土壤的有机碳含量进行空间反演。在利用这种探测技术进行土壤有机碳含量的测定时,可以有效避免以往的采样方法耗费大量人力、物力、财力以及要求周期长的缺点。本文主要通过地理空间数据云获得济宁市的Landsat 8遥感影像,利用ENVI对遥感影像进行校正,并结合济宁市土壤有机碳含量的实测数据,运用多元逐步回归分析法获得济宁市土壤表层有机碳含量的数学预测模型,经过检验该模型的稳定性和精度较高。进一步通过此数学模型反演出济宁市土壤有机碳的分布图像,利用得到的结果图像,对济宁市土壤有机碳的数量特征和空间分布特征进行分析,为土地质量评价、选择适合该研究区的土地经营管理措施以及土地碳库估算提供一定的依据。结果表明:(1)济宁市土壤表层有机碳含量与Landsat 8遥感影像第1、4、7波段的反射率具有较强的相关性;(2)用遥感影像的第1、4、7波段的反射率建立的多元回归模型为Y_(soc)=25.632+66.095b_1-68.041b_4-20.413b_7,此模型的决定系数R~2为0.741,均方根误差也较小,因此精度较高,对济宁市土壤有机碳含量具有良好的预测能力;(3)济宁市土壤表层有机碳含量在12~19g/kg的地区占了总面积的56.62%,所占面积比例最高,济宁市东部部分地区土壤有机碳含量接近于0,以泗水县最为明显。

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