海南橡胶园砖红壤光谱反射特征分析

[目的]了解海南橡胶园砖红壤的光谱反射特性,为海南胶园土壤分类提供光谱特征的分类指标.[方法]采用ASD Field Spec3高光谱仪采集土壤光谱反射率,对土壤样品进行室内分析,并在此基础上利用经典统计学方法对海南胶园砖红壤光谱反射特性进行分析.[结果]海南橡胶园不同母质发育的砖红壤反射率光谱曲线走势相似,除加来农场只在1900 nm附近出现微弱水分吸收谷外,其余在1400、1900和2200nm附近光谱曲线均出现明显的吸收谷.但不同土壤类型,光谱反射率强度不同且一些特征吸收带出现的位置和表现的相对强度也不同;胶园土壤中有机质和铁离子的含量共同影响着同种母质发育的不同土壤类型的光谱特征,海南土壤中普遍富含铁而有机质含量少,一般铁对光谱的贡献要大于有机质;不同母质发育的砖红壤光谱特征有很大差异,玄武岩发育成的砖红壤光谱特征最特别,反射率始终最小,且只在1900nm附近出现微弱水分吸收谷,土壤类型最易鉴别;通过对光谱聚类分析对橡胶园砖红壤进行简单的分类,结果显示所得分类土壤之间光谱反射率存在显著差异(P＜0.05).[结论]不同类型土壤的反射光谱曲线存在一定的规律性,且随着土壤母质、土壤中的有机质含量及铁离子含量的不同而表现一定的光谱特征差异,因此土壤反射光谱可作为土壤分类的一个指标.     

干旱区基于高光谱的棉花遥感估产研究

【目的】揭示棉花产量与冠层光谱植被指数相关关系,建立棉花高光谱估算模型,促进高光谱技术在棉花长势监测和估产中应用。【方法】结合棉花生长发育规律,对棉花各时期冠层进行高光谱反射率测定,根据光谱曲线特征构建高光谱植被指数,基于棉花盛蕾期至吐絮后期7次地面光谱和产量测定,对光谱反射率与产量进行统计分析。【结果】各生育期可见光波段、近红外波段及短波红外波段光谱反射率与产量间分别达显著负相关、显著正相关与显著负相关水平。根据棉花冠层光谱波形特征,利用植被红边波段560 nm反射峰、670 nm吸收谷、近红外波段890 nm反射峰、980 nm和1 210 nm两个弱水汽吸收谷、短波红外1 650 nm和2 200 nm反射峰,设计归一化差值光谱指数,并与棉花产量进行相关分析,利用上述波段组合定义的归一化差值光谱指数与产量在各生育期均达显著或极显著相关,而VARI_700抗大气植被指数在各生育期均达极显著相关。【结论】以VARI_700抗大气植被指数建立各生育期的产量预报模型,为实现棉花营养生长期长势监测与产量预报提供依据。     

青藏高原季节湖土壤光谱特征研究

为了使用便捷快速的方法对高海拔地区资料稀缺地方的土壤进行理化研究,在2009年7月的青藏高原野外考察实验中,在海拔为4 480m的一个季节湖采集了土壤样品.使用ASD公司的FieldSpec3地物光谱仪对这些土壤进行光谱测试,同时在实验室做了成分检测,分析研究土壤反射光谱特征和土壤中有机质、铁和水溶性盐含量之间的关系.发现土壤的光谱特征不受有机质含量的影响,但是有机质含量会影响光谱反射率的大小;铁在1960～2 040nm之间,和反射率倒数的相关系数最大达到-0.911 4,呈显著性相关;水溶性盐对土壤的反射特征随着波长的增加表现出负相关的关系,特别是在1 940～1 980nm和2 390～2 460nm波段,表现出显著相关.水溶性盐含量达到50%以上,使反射光谱曲线从1 400nm开始表现出强吸收,而且在这之后的反射率明显低于1 400nm之前,在1 400和1 950nm因为土壤中吸附水和羟基引起的吸收谷更加明显.在土壤中铁和水溶性盐对反射光谱特征的影响非常一致,铁是水溶性盐中的主要成分.     

新疆军塘湖流域融雪期不同积雪及雪被地物光谱反射率特征分析

用野外光谱仪测量了融雪期天山北坡军塘湖流域典型实验场的不同积雪及雪被地物的光谱,并对测得的光谱数据进行分析,结果表明,对于纯积雪光谱,在可见光波段有较高反射率,近红外波段范围内在1 100、1 300及2 260 nm附近出现反射波峰。与新雪相比,融化的积雪的反射率峰值在可见光波段和近红外波段内(2 100~2 400 nm)有明显的衰退,而雪被地物(包括覆有积雪的植被和有积雪背景的植被、土壤等)反射曲线均相对较低。对积雪/植被的混合像元光谱特征分析表明,雪被地物的光谱反射率曲线在可见光波段呈上升趋势,这是由于积雪背景的影响。最后,根据积雪、植被、土壤和积雪/植被混合像元的光谱特征建立混合光谱拟合方程,结果表明,模拟的光谱曲线与实测值有很好的相关性,其相关系数为0.927 6。     

曹妃甸湿地典型植被光谱特征差异性分析

运用高光谱遥感技术分析地物特有的光谱特征可以有效地对地物进行识别。以河北省唐山市曹妃甸湿地为研究对象,使用SR2500便携式地物光谱仪测定了2种典型湿地植被——翅碱蓬[Suaeda salsa (L.) Pall.]和芦苇[Phragmites australis(Cav.)Trin.ex Steud.]的光谱特征,并对2种湿地植被的原始反射率光谱曲线和经过包络线去除法变换后的反射率光谱曲线进行研究。结果显示:由于包络线去除法的限制,在340~380 nm和716~1 020 nm波段范围内,分析芦苇原始光谱曲线更容易区分植被所处的生长期,在340~595 nm和710~920 nm波段范围内,分析翅碱蓬的原始光谱曲线更有利于区分所处的生长期,且2种植被生长旺盛期的反射率均高于生长末期。在508、550、678 nm处利用包络线去除法能够更好地区分芦苇不同生长阶段,在638、678 nm处利用包络线去除法能更好地区分翅碱蓬不同生长阶段。芦苇在绿光波段550 nm处出现明显的反射峰,而翅碱蓬在红光波段638 nm处出现明显的反射峰,这使得2种植被经过包络线去除处理后更好区分。在753~1 020 nm波段范围内,分析原始光谱曲线更适于区分芦苇和翅碱蓬,且芦苇的反射率高于翅碱蓬。     

基于高光谱的土壤有机质含量预测模型的建立与评价

 【目的】土壤有机质含量是反映土壤肥力的重要特征，利用高光谱技术对有机质（OM）含量进行定量化反演为土壤信息化管理和资源评价提供了重要的依据。【方法】利用ASD2500高光谱仪在室内条件下测定了风干土壤样品的可见—近红外光谱，分析了不同区域范围土壤光谱反射率曲线形状变化和土壤有机质含量的变化特点，并针对东北地区以黑土为主的土样光谱反射率不同变换形式与有机质含量进行了相关性分析。【结果】结果表明，有机质含量较高的黑土的光谱曲线与其它土壤类型的光谱曲线在形状上有很大差异，即在600～900 nm附近，以黑龙江土样为代表的东北黑土表现为直缓上升，而河南和山东的潮土则表现为曲陡上升。相关分析结果表明，土壤有机质含量与原始光谱反射率在545～830 nm呈显著负相关，其中在580～738 nm波段范围内达到极显著负相关。与一阶导数光谱相关性进一步增强，在481～598 nm呈现极显著负相关，而在816～932 nm和1 039～1 415 nm波段范围内具有极显著的正相关性。土壤有机质含量与部分波段处的吸收深度和反射峰高度也表现为不同程度的相关性。【结论】利用570～590 nm波段的一阶导数光谱和1 280 nm处反射峰高度P_Depth1280可以较好地预测东北主要土壤类型有机质含量。在此基础上建立了土壤有机质含量的高光谱反演模型并进行了验证。     

基于一阶微分变换方法的南方丘陵稻田土壤电阻率高光谱特性研究

通过对土壤电导率和光谱测定,分析了南方丘陵稻田土壤电阻率特征、原始光谱数据及重采样光谱数据特征。在光谱重采样基础上进一步构建光谱包络线去除变换、光谱反射率倒数(1/R)、对数[ln(1/R)]、平方根(R0.5)、一阶微分等单一或复合变换模型。通过横向、纵向综合比较分析不同模型的反射率与电阻率相关性分析的曲线差异,着重探讨了基于一阶微分的数据变换模型间土壤电阻率与光谱反射率间相关性强弱,结果表明:(1)基于一阶微分变换的模型可以对重叠混合光谱进行分解以便识别,扩大样品之间的光谱特征差异,发掘敏感波段的光谱吸收、反射特征;(2)综合反射率的平方根的一阶微分变换、反射率的倒数的对数及反射率对数的一阶微分等模型得出,在波段为382 nm处,土壤电阻率与光谱反射率间相关系数最高达0.788,在波段为555~560 nm,多个微分变换模型相关性系数在0.7以上,可为后续反演因子的确定及土壤电阻率高光谱估测回归模型的建立提供参考。     

南方丘陵稻田土壤全磷、有效磷高光谱特征与反演模型

以土壤高光谱反射率为研究对象,对江西省赣州市兴国县不同全磷、有效磷含量稻田土壤的光谱曲线特征进行研究。对比分析了同一种光谱反射率变换形式下土壤全磷、有效磷与高光谱反射率的相关性,提取了全磷和有效磷的高光谱敏感波段,建立了基于反射光谱特征的南方丘陵稻田土壤全磷、有效磷高光谱反演模型。结果表明,在350~1 100 nm这一波段,土壤全磷、有效磷含量与光谱反射率相关性呈同增同减,在1 101~1 700 nm这一波段,土壤有效磷含量与光谱反射率相关性要大于土壤全磷。通过分析兴国县稻田土壤全磷、有效磷含量与光谱反射率18种数学变换的相关系数,提取全磷的敏感波段为534、1 090 nm,有效磷的敏感波段为365、1 631、2 223 nm。通过SPSS软件进行不同线性拟合,发现多项式回归模型能较好地预测全磷、有效磷含量,预测相对分析误差(RPD)分别为1.43、1.54,能够为稻田土壤全磷、有效磷含量预估提供参考。     

退化草甸草原近地面光谱特征初探

运用ISI921VF-256型地物光谱仪对内蒙古西乌旗哈日根台镇赛温都嘎查低山丘陵草甸草原的草群、裸地等进行光谱数据的提取,获得其反射率光谱特征。试验结果表明：不同地物的反射率不同,草甸草原草地群落的光谱反射曲线在可见光波段450和675 nm左右的蓝光和红光区形成吸收谷,反射率一般为5%～10%和10%～15%;570 nm左右的绿光区为反射峰,反射率一般为10%～20%;在近红外波段呈现强烈的反射,700～760 nm,光谱反射值随波长的增加而急剧升高,反射曲线陡而接近于直线的形态,从760nm开始,光谱反射值缓慢增加,反射率一般为25%～35%;裸地的反射曲线在可见光区高于草地群落,在近红外区低于草地群落;在不同退化梯度下,草甸草原植物群落的光谱反射率,随着退化梯度的加强而增强;在同一退化梯度下,大针茅群落对可见光的反射率小于冷蒿群落,而对近红外光的反射率大于冷蒿群落;草甸草原的不同地物具有其不同的光谱特征,并随着退化程度的变化表现一定的差异。     

玉米冠层全光谱特征在不同施氮量和品种下的响应

采用光谱分析方法对生长在东北黑土上的大喇叭口期春玉米进行了不同施氮量、不同品种的冠层光谱特征研究。结果表明:不同施氮量下玉米冠层全光谱曲线图具有类似的趋势,350~500 nm和640~660 nm波段内反射曲线随着施氮水平的增加呈上升趋势,光谱反射率在不同波段差异较大,在可见光波范围内,350~500 nm波段内N2处理光谱反射率普遍高于其他处理,在500~650 nm附近反射率N0N3N2N1,反射曲线呈先下降后上升趋势排列;在750~1 350,1 450~1 800,2 000~2 350 nm波段内的玉米冠层光谱特征在不同施氮量下也呈现不同的趋势;施氮量对750~1 350,1 450~1 800,2 000~2 350 nm波段内的玉米冠层光谱特征有一定程度的影响;正常施氮量条件下不同品种玉米全光谱曲线在整个波段的趋势均一致,聚类分析显示不同玉米品种在不同波段光谱反射率差异较大。     

白菜苗期对不同硫处理的光谱反应

本文以盆栽试验的方法,通过对不同土壤硫处理情况下的白菜苗期光谱曲线及其生长状况、叶绿素含量和体内营养元素含量的对应分析,结果表明:不同硫处理情况下,白菜苗期的反射光谱曲线在形状上基本相同,绿峰出现在560nm处、红端位于720nm处、近红外平台出现在780~924nm。不同土壤硫处理情况下没有“红移”和“蓝移”现象;反射光谱曲线对白菜苗期的植株生长状况的敏感有四处,可见光区为500nm和690nm,近红处区在1900nm处,2400nm波长以后,对植株含水量的敏感性增强;不同的叶绿素含量表示方法在光谱相关曲线上的反映完全不同,其中光波反射值对单位叶面积上的总叶绿素含量、叶绿素A含量和叶绿素B含量敏感点在“绿峰”和“红端”两处,而光波反射值对干基表示的总叶绿素含量、叶绿素A含量和叶绿素B含量敏感区域地2400nm以后;植株反射光谱对白菜苗期植株体内不同营养元素种类和含量均有不同的反映,根据不同营养元素的光谱相关曲线,可将白菜苗期植株体内营养元素分为三类,一类是Ca、K、Cu、Fe和N,另一类是P、Mg和Mn,Zn元素的光谱相关曲线最为特别;白菜苗期植株性状值相关性高的性状,在光谱相关曲线中最接近。     

几种土壤及其铁锰结核中粘粒矿物组合的研究

以我国几种常见土壤及相应土壤铁锰结核为试验材料,应用Ｘ－射线衍射,研究了土壤和铁锰结核中层状硅酸盐和氧化铁的类型组合。结果表明：１）从南到北,从供试红壤到砂姜黑土,其层状硅酸盐矿物组合变化表现为由１：１型高岭为主变为以２：１型水云母为主,１．４ｎｍ矿物中由１．４ｎｍ过渡矿物转变为蛭石;从不含蒙脱石到含有一定量的蒙脱石。供试铁锰结核与相应土壤中的层状硅酸盐矿物组合及含量消长趋势在总体上基本一致。２）     

Occurrence and Origin of Crystalline Iron Oxides in Paddy Soils Derived from Red Earth

红壤性水稻土晶态氧化铁主要为针铁矿，并伴随少量的赤铁矿．红壤性水稻土中针铁矿的铝同晶替代量明显低于其母土（红壤），而针铁矿的晶胞参数ｂ和ｃ则是红壤性水稻土高于其母土．红壤性水稻土中赤铁矿的铝同晶替代量和晶胞参数ａ则与其母土相似．．据此认为红壤性水稻土中赤铁矿来源于母土；而针铁矿部分来源于母土，部分是由原有的赤铁矿和针铁矿的还原产物重新结晶形成的．随着水稻土的发育，赤铁矿逐渐下降，最后消失；针铁矿则相对增加，同时针铁矿中铝替代量也逐渐下降     

鄂湘两省几种土壤中磷的有效性与氧化铁的类型

 鄂湘两省黄棕壤、红壤和棕红壤对磷的吸附特性、高粱幼苗的供磷效果及其与土壤物质组成关系的研究。结果表明：黄棕壤、红壤的磷吸附量和对磷的亲合力均明显高于棕红壤，它们吸附磷的解吸率和对高粱幼苗的供磷能力明显低于棕红壤。黄棕壤和红壤中的氧化铁为针铁矿型，棕红壤中的为针-赤混合型。供试土壤中针铁矿虽与赤铁矿形貌相似，呈片状，但由于其能吸附磷的比表面积比赤铁矿的大，故此氧化铁类型差异是导致黄棕壤、红壤与棕红壤中磷有效性显著不同的主要原因。     

Using hyperspectral imaging to discriminate yellow leaf curl disease in tomato leaves

This paper investigated the possibility of discriminating tomato yellow leaf curl disease by a hyperspectral imaging technique. A hyperspecral imaging system collected hyperspectral images of both healthy and infected tomato leaves. The reflectance spectra, first derivative reflectance spectra and absolute reflectance difference spectra in the wavelength range of 500–1000 nm of both background and the leaf area were analyzed to select sensitive wavelengths and band ratios. 853 nm was selected to create a mask image for background segmentation, while 720 nm from the reflectance spectra, four peaks (560, 575, 712, and 729 nm) from the first derivative spectra and, four wavelengths with higher values (586, 720 nm) and lower values (690, 840 nm) in the absolute difference spectra were selected as a set of sensitive wavelengths. Four band ratio images (560/575, 712/729, 586/690, and 720/840 nm) were compared with four widely used vegetation indices (VIs). 24 texture features were extracted using grey level co-occurrence matrix (GLCM), respectively. The performance of each feature was evaluated by receiver operator characteristic (ROC) curve analysis. The best threshold values of each feature were calculated by Yonden’s index. Mean value of correlation (COR_MEAN) extracted from the band ratio image (720/840 nm) had the best performance, whose AUC value was 1.0. The discrimination result for a validation set based on its best threshold value was 100%. This research also demonstrated that multispectral images at 560, 575 and 720 nm have a potential for detecting tomato yellow leaf curl virus infection in field applications.     

离子强度和磷酸盐对铁铝矿物及土壤吸附As（V）的影响

选用针铁矿、赤铁矿、水铁矿、水铝矿4种铁铝矿物以及性质差异较大的黑土、紫色土和红壤3种土壤,研究离子强度和磷酸盐对其吸附As(V)的影响。结果表明,在0.01、0.1、1mol.L-13种离子强度下,矿物和土壤对As(V)的吸附量无明显差异或随离子强度增大而增大,其对砷的吸附以专性吸附为主。磷酸盐对矿物和土壤吸附砷的影响与其添加顺序及摩尔浓度比有关。水铝矿和水铁矿在这3种添加顺序下的砷吸附量无明显差异,仅在P/As摩尔比较大时表现出下降趋势;而在针铁矿和赤铁矿两种矿物上,先添加砷时的砷吸附量高于先添加磷时或两者同时添加时,且砷吸附量随P/As摩尔比的增加而逐渐下降。在黑土、紫色土和红壤上,先添加砷比先添加磷或两者同时添加时的砷吸附量均要高,尤其是在紫色土上。随P/As摩尔比升高,土壤对砷的吸附量表现出下降趋势。     

不同水分下水铁矿在土壤中稳定性变化对砷移动性的影响

为合理利用水铁矿,将其作为土壤砷污染修复的一种高效稳定的钝化剂,采集湖南石门县三个不同乡镇的土壤进行室内培养试验,采用连续提取法和薄膜梯度扩散技术(D iffusive gradient in the thin films technique,DGT),研究不同水分模式下外源添加的水铁矿在土壤中稳定性变化过程中对砷在土壤中移动性的影响。结果表明,水铁矿在三种不同水分管理模式[100%SWHC(Soilwaterholdingcapacity,SWHC)、干湿交替(D ry/wetcycle,DWC)和30%SWHC]下培养33d后均发生转化,其中在100%SWHC条件下转化速率最快,在三种土壤中的转化率达到16.50%~22.78%,在30%SWHC和DWC条件下最大转化率仅为8.77%和10.96%。添加外源水铁矿后在三种水分管理模式下两种砷污染土壤中活性态砷浓度均显著降低,并且在100%SWHC条件下降幅最大,在中高浓度的砷污染土壤中降低程度分别达到42.08%和60.75%。但随后在100%SWHC和DWC条件下培养22d后,活性态砷的浓度均出现微弱的上升趋势。在100%SWHC和DWC两种水分条件下,两种砷污染土壤中弱结晶态铁氧化物结合态砷(F1-As)的含量均显著增加,并且随着水铁矿的转化而逐渐向更稳定的形态(F2-As)迁移,在30%SWHC条件下F2-As含量没有增加。研究表明,水铁矿在土壤高水分条件下稳定性最差,其次为土壤的干湿交替条件。在两种砷污染土壤中施加水铁矿修复过程中都具有潜在的砷释放风险,在农业生产中应合理调控土壤水分以保证水铁矿对砷的吸附效率。     

福建红壤和砖红壤性红壤粘粒矿物的研究

玄武岩和橄榄玄武岩上发育的土壤粘粒部分的7矿物以埃洛石为主,高岭石居次,且结晶不良。花岗闪长岩和紫色凝灰岩上发育的土壤粘粒中高岭石含量较低,结晶度也较低。其余土壤粘粒部分的高岭石含量均较高,结晶度也较高。部分剖面中有14过渡矿物。三水铝石仅出现于少数剖面中。伊利石最大量地出现于紫色凝灰岩上发育的土壤中,在其它几个母质中含较多云母的土壤中,也含有少量伊利石。橄榄玄武岩发育的土壤粘粒中含氧化铁矿物最多,以赤铁矿为主。玄武岩上发育的土壤粘粒中也含有较多的氧化铁矿物,赤铁矿和针铁矿兼而有之。第四纪红土和花岗闪长岩上发育的土壤粘粒中也有一定量的氧化铁矿物。     

不同氮水平枣树冠层光谱特征

利用FieldSpec Pro FR2500光谱仪测定不同氮素处理下的红枣冠层光谱,分析其光谱特征变化规律及其与枣叶全氮质量分数的相关关系,旨在为枣树氮素营养的无损诊断提供理论基础。结果表明:同一氮处理水平下,红枣叶片展叶期的全氮质量分数最高,摘心前期最低。随着施氮量的增加,展叶期和摘心后期枣叶全氮质量分数增加速度较快。不同氮处理的枣树冠层波谱曲线整体变化趋势为在560nm附近和750~1 100nm分别有1个反射峰,反射率值分别达0.1~0.2和0.4以上;而在450、650、1 450、1 950和2 600nm处有5个吸收谷。不同生育期枣叶全氮质量分数与冠层光谱红边参数显著相关,且摘心后期红边位置(REP)和红谷位置(Lo)更快地向短波方向移动,出现"蓝移"现象。     

有机物料添加后滨海盐渍土壤溶解性有机碳变化 及其紫外-可见光谱特征

利用紫外-可见光谱技术研究不同盐分水平(低盐、高盐)土壤中添加不同有机物料后土壤DOC的紫外-可见光(UV-Vis)光谱特征变化,探究盐渍土壤碳库的稳定性.结果显示,添加有机物料能显著增加DOC含量,与生物炭和有机肥相比,秸秆处理后的土壤DOC含量更高.在200～800 nm波长范围内,两种盐分土壤DOC溶液的吸光值随着波长增加均呈降低趋势,在230～280 nm内出现吸收平台.低盐土壤,DOC含量和紫外-可见光谱特征区域面积积分比值均对应地高于高盐土壤的值,而A250/A365及A240/A420比值则低于高盐.相关性分析表明,土壤DOC含量与254 nm处吸光值呈显著线性相关(R2＞0.9,P＜0.05),用于表征DOC特征的紫外光谱特征参数之间的相关性在高盐、低盐土壤上并不完全一致.由此说明,有机物料处理后,低盐土壤的DOC腐殖化程度、芳香性、相对分子量和团聚化程度都对应的比高盐土壤的更高.在高盐土壤上,添加不同物料的土壤DOC各项紫外特征参数之间无显著差异;在低盐土壤上,秸秆处理后土壤DOC的芳香性及疏水性与其他处理有显著差异.DOC结构复杂且受环境影响较大,需要结合多种参数判断其结构特征.