基于CARS算法的不同类型土壤有机质高光谱预测

不同土壤类型的理化性质和光谱性质存在差异,以往研究多以高光谱反射率或光谱吸收特征建立模型,输入变量类型结构单一,往往导致土壤有机质（Soil Organic Matter,SOM）预测模型的精度不高。为提高SOM高光谱预测模型精度,该研究以黑龙江省海伦市为研究区,将不同类型土壤分别以竞争自适应重加权采样（Competitive Adaptive Reweighted Sampling,CARS）筛选的特征波段、数字高程模型（Digital Elevation Model,DEM）数据和光谱指数作为输入变量,结合随机森林（Random Forest,RF）算法建立SOM预测模型。结果表明：1）通过CARS算法筛选后,各土壤类型特征波段压缩至全波段数目的16%以下,在很大程度上降低土壤高光谱变量维度和计算复杂程度,从而提高了模型的预测能力,说明CARS算法在提取特征关键波段变量、优化模型结构方面起到重要作用;2）不同类型土壤的SOM预测精度存在差异,沼泽土的预测精度最高为0.768,性能与四分位间隔距离的比率（Ratio of Performance to InterQuartile distance,RPIQ）为3.568;黑土次之,草甸土的预测精度最低,仅0.674,RPIQ为1.848。3类土壤的RPIQ均达到1.8以上,模型具有较好的预测能力;3）局部回归预测精度最优,验证集的调整后决定系数为0.777,均方根误差（Root Mean Square Error,RMSE）为0.581%,模型验证RPIQ为2.689,模型稳定性高。该试验筛选的预测因子通过RF模型可实现SOM含量的快速预测,简化了传统复杂的程序,可为中尺度区域不同类型土壤的SOM预测提供依据,为输入量的选择提供参考。     

黑土区坡耕地土壤水分时空分布特征及对降雨的响应

为了揭示坡耕地不同土层、不同点位的土壤水分时空分布特征及其对大气降雨的响应,以典型黑土区坡耕地为研究对象,利用原位监测法,获取玉米生长期内坡上、西线坡中及坡下、东线坡中及坡下5个点位0～100 cm土壤含水量与大气降水数据,探究降雨后田块尺度内不同坡位的降雨响应特征。结果表明,坡耕地土壤水分分布不均。水平分布上,西线坡下位剖面平均土壤含水量最高（34.63%）,而坡上位最低（30.00%）,且坡上位剖面平均土壤水分变异系数最大（20.38%）;垂直分布上,随土层加深土壤含水量上升,变异系数降低。受季节性干旱与玉米生长影响,监测期内田间土壤蓄水量呈下降趋势,不同点位之间、干旱前期与后期土壤蓄水量响应特征存在差异,干旱后期土壤蓄水量对降雨响应更强烈。10 cm土层土壤含水量变化趋势与降雨量一致,响应时间最早,随着土层加深,响应时间出现滞后。土壤水分对降雨的响应受优势流影响,即土壤侧向流动补给以及玉米根系形成的大孔隙迅速下渗。不同点位土壤水分对降雨响应存在差异,坡上位由于处于坡顶且坡度大,对降雨响应不显著;西线坡中位由于降雨侵蚀引起土壤物理性质改变,对降雨响应强烈;坡下位受坡上水分补给影响,...     

臭氧耦合低温处理对猕猴桃贮藏品质和生理生化指标的影响

【目的】探究臭氧耦合低温处理对猕猴桃贮藏期间果实品质和生理生化指标的影响,为猕猴桃的商业贮藏提供理论依据。【方法】以海沃德猕猴桃为试验原料,将猕猴桃分别用0,90,170,250mg/m~3臭氧连续处理7d(每天处理1h),再用单层0.03mm厚PE袋包装,每袋10个果实,用橡皮筋扎口后分别在(0±1)和(2±1)℃、相对湿度85%~90%的冷库中贮藏182d,贮藏期间每隔14d取样,测定猕猴桃的可溶性固形物含量(SSC)和还原糖含量、呼吸强度、乙烯释放量、POD和SOD活性、MDA含量、腐烂率等指标,分析臭氧耦合低温处理对猕猴桃贮藏期间果实品质和生理生化指标变化的影响。【结果】经臭氧处理后的猕猴桃在(0±1)℃冷藏可有效延长其采后贮藏期,且在本试验设计的质量浓度范围内,最佳臭氧质量浓度为250mg/m~3。该处理能较对照组晚126d出现SSC高峰,还原糖含量在冷藏结束时较CK组高41.1%,猕猴桃的呼吸高峰值从对照组的(32.300 7±0.3)mg/(kg·h)下降到(20.477 5±1.3)mg/(kg·h),同时还有效抑制了猕猴桃乙烯的释放,对照组和该处理的乙烯释放高峰值分别为(18.132 0±0.12)和(4.496 9±0.12)μL/(kg·h),该处理POD活性高峰较对照组增大了0.063 4U/(min·g),贮藏结束时SOD活性值较对照组高1.026 6 U/g,使SOD保持在较高水平,且MDA含量较对照组低0.288 6mmol/g,减少了因MDA积累造成的细胞损伤,在此条件下,贮藏结束时腐烂率最低,仅为14%。而在(2±1)℃下猕猴桃软化速度快,贮藏寿命短且腐烂率高达55%。【结论】臭氧处理能够延长海沃德的贮藏期,具有很大的应用潜力,可用于商业贮藏。     

基于裸土期多时相遥感影像特征及最大似然法的土壤分类

运用单时相遥感数据进行土壤分类及制图,其数据本身易受到其他因素干扰而出现误差,存在一定的局限性,导致制图精度不高。为了提高制图精度,以松嫩平原林甸县为研究区,利用裸土时期多时相Landsat 8遥感影像、DEM数据和全国第二次土壤普查数据,从所有单时相遥感影像中提取出多种分类特征,按照分类特征类型进行压缩处理,得到新的多时相分类特征,将不同分类特征进行组合并分别进行最大似然法分类,得到不同分类特征组合下的土壤类型图,通过不同土壤类型图精度来判断各分类特征对于制图的影响。研究表明,该文所提取的分类特征均可以实现土壤制图,使用压缩处理后得到的多时相遥感数据分类特征完成制图的精度更高,总体精度达到91.0%,研究可为土壤精细制图提供依据。     

黑土有机质含量高光谱模型研究

通过对黑龙江省典型黑土区土壤样品高光谱反射率的室内测定,研究了典型黑土可见光/近红外波段光谱反射特性;利用多元统计分析方法,以土壤光谱反射数据及其数学变换数据作为自变量,以黑土有机质含量对数变换数据作为因变量,建立黑土有机质含量高光谱预测模型,并对模型的稳定性和预测能力进行检验。结果表明:(1)620~810nm波段范围是黑土有机质的主要光谱响应区域,最大响应值在710nm附近;(2)对光谱数据进行归一化处理可以部分消除不同土样测试过程中存在的噪声;(3)模型及其检验的决定系数R2都在0.9以上,模型的总均方根差RMSE均小于2.1,模型具有很好的稳定性和预测能力,可以用于黑土有机质含量的快速测定;(4)归一化一阶微分模型为最优预测模型。     

东北农牧交错带耕地土壤有机质遥感反演研究

农牧交错带是农耕区与草原牧区的过渡带，土壤有机质(SOM)的精确估算与变化监测对碳库估算与农业生产具有重要研究意义。以东北典型农牧交错带为研究区，Landsat 8 OLI影像和ALOS 12.5m DEM为数据源，基于波段反射率、反射率对数、亮度指数与相关地形因子，分别利用多元线性逐步回归(MLSR)模型、随机森林(RF)模型和BP神经网络(BPNN)模型，构建农牧交错带SOM多光谱反演模型。结果表明：(1)根据重要性排序，选择Landsat8OLI第4波段的对数、第5波段、第6波段和亮度指数作为输入量，RF和BPNN模型的精度优于MLSR模型。(2)引入高程(E)与坡向变率(SOA)后，3种模型的预测精度提高，BPNN模型精度提高最多，R2提高了0.22,RMSE降低了0.40 g/kg。3种模型最优反演精度由高到低为：BPNN模型(R2=0.82,RMSE=1.4 g/kg)>RF模型(R2=0.71,RMSE=1.9 g/kg)>MLSR模型(R2=0.66,RMSE=8.8 g/kg)。研究结果可为农牧交错带SOM时空变化研究提供方法支撑。