基于航空高光谱遥感数据的黑土地有机质含量反演:以黑龙江省建三江地区为例

掌握黑土地有机质含量对黑土资源利用与保护具有重要意义,而高光谱卫星影像的缺乏制约了区域尺度土壤有机质反演研究的开展.以黑龙江省建三江黑土区为例,采用CASI/SASI航空高光谱数据、ASD（analytical spectral devices）地面光谱数据和土壤样品有机质含量数据,基于有机质含量与光谱反射率的相关性和定量关系,构建最优的回归模型并开展研究区土壤有机质含量遥感反演.结果表明:偏最小二乘法回归模型比多元逐步回归模型更稳定（判定系数分别为0.885和0.653）,且精度更高（均方根误差分别为0.424和0.744）;采用偏最小二乘模型反演的结果与地面化探结果基本一致.      

航空高光谱反演耕地土壤重金属分布特征——以苏北灌河地区为例

为探索航空高光谱遥感开展大比例尺、大面积土壤重金属含量和分布特征快速调查的技术方法和工作流程,以苏北灌河地区为例,利用国产高光谱成像仪和自主集成的航空高光谱遥感测量系统获取影像光谱数据,通过数据预处理、CARS特征波段选择及BP神经网络建模反演等方法,建立了从数据获取到数据分析评价的工作流程,反演了土壤重金属元素含量,展示了其空间分布特征.与传统地球化学调查数据进行对比分析,结果显示高光谱反演成果与地球化学调查的重金属浓度空间分布特征吻合度较高,验证了航空高光谱反演耕地土壤重金属分布特征的可靠性.在区域性耕地土壤重金属污染调查评价方面,航空高光谱遥感能够快速、及时地获取土壤污染及相关信息,并具有很好的实用性和经济性.     

基于高光谱的长江中下游沿江地区土壤化学元素含量反演研究

为探究高光谱遥感技术在土壤元素快速定量化检测中的应用,解决传统土壤元素含量测定效率低下的问题,本文以长江中下游沿江芜湖段为典型研究区,实地采集615个土壤表层样品（0～15 cm）,经实验室化学成分测定和光谱采集,利用多种数据预处理方法和回归建模方法,建立铬（Cr）、镉（Cd）、钾（K）、磷（P）、氮（N）、有机质含量的高光谱估算模型。结果表明：经对原始光谱进行预处理以及多种光谱数学变换,元素含量与光谱的相关性均有不同程度的提高,不同元素具有差异性,总体建模结果均大于通过原始光谱直接建模效果。各元素的预测模型精度均大于86%,模型的预测效果较好,可为土壤元素快速定量化检测提供技术参考。     

基于高光谱的土壤养分含量反演模型研究

为实现土壤养分（有机质SOM、全氮TN、全磷TP、全硫TS）含量的快速测定,以建三江创业农场为例,对土壤原始反射率进行了一阶微分（FD）、倒数对数（RL）、倒数一阶微分（FDR）、多元散射校正（MSC）和连续统去除（CR）变换,分析6种光谱变量与土壤养分的相关性,将在α=0.01水平上显著相关的波段作为特征波段,运用多元逐步回归（SMLR）、偏最小二乘回归（PLSR）和BP神经网络（BPNN）三种分析方法分别建立有机质、全氮、全磷和全硫的高光谱预测模型,并利用决定系数（R²）、均方根误差（RMSE）和相对分析误差（RPD）对预测模型进行评价.结果显示,PLSR和BPNN建立的土壤养分含量预测模型均优于SMLR,能极好地预测有机质和全氮含量,同时具有粗略估算全硫含量的能力.三种方法中仅有CR-BPNN能对全磷含量进行粗略估算.对有机质、全氮、全磷和全硫预测效果最佳的模型及其验证集决定系数分别为：MSC-PLSR （0.86）、MSC-PLSR （0.75）、CR-BPNN （0.56）、FDR-BPNN （0.67）.     

基于无人机高光谱棉田土壤含水量反演研究

以兵团农六师共青团农场示范园棉田为研究区域,采集无人机高光谱数据、土壤含水量及棉花叶片光谱数据,分析土壤含水量与叶片光谱特征相关性,构建地面高光谱与无人机高光谱土壤含水量反演模型。基于两种数据源相同采样点光谱曲线特征对比分析结果,对无人机高光谱土壤含水量反演模型进行优化校正,实现地面研究成果与航天/空遥感数据结合,为无人机高光谱遥感技术在精准农业中的应用提供思路和方法。     

基于高光谱数据提取水体叶绿素a浓度的混合光谱模型

从模型的精度和稳定性方面,与传统的经验模型比较显示,利用原始数据的一阶微分数据进行叶绿素a浓度混合光谱模型反演最佳。最后,以此模型对三种不同年份测量的地面高光谱数据进行了叶绿素a浓度的提取。实验结果表明混合光谱模型可以作为遥感监测水体叶绿素a含量的定量模型。     

高光谱遥感定量反演成矿元素含量的研究进展

随着遥感技术的不断发展,高光谱遥感也相应取得了较大的进步,而其应用于找矿方面也越来越广阔。在有土壤覆盖物的多金属矿区,遥感土壤地球化学方法也相应地取得了较大的发展。多金属矿区土壤覆盖物的重金属元素含量测量是判断矿区成矿元素地球化学异常的标志,同时为找矿预测打下基础。使用遥感手段定量化的提取矿区表层覆盖物（土壤）中地球化学信息是找矿预测的必经之路。文章从理论、技术及定量化反演方法三个方面对高光谱遥感应用于土壤地球化学研究取得的新进展进行归纳和总结,并展望遥感土壤地球化学的应用前景。     

基于地面实测光谱的水系沉积物重金属含量反演

水系沉积物中的重金属元素含量调查是矿区环境受污染程度的重要依据,同时水系沉积物的物源组成也是近年来找矿突破的重要环节之一。通过分析水系沉积物中羟基官能团与重金属游离态阳离子之间的吸附反应,结合地面实测高光谱数据,发现与重金属元素含量相关性较好的波谱波段为500~780 nm与2 100~2 300 nm,建立基于地面实测光谱技术反演水系沉积物中重金属元素含量的回归方程,最后利用反距离权重方法成功提取碾子沟-洛金洼多金属矿区3条冲沟水系沉积物中Cu、Zn等重金属元素含量。结果显示：重金属Cu和Zn模型检验精度（R²）分别为0.618和0.636;研究区内冲沟源头山地林地附近流域沉积物中的重金属含量相对中下游矿区周边农用地较低,同时沉积土壤中的重金属含量随着冲沟流向呈升高趋势。重金属含量较高的中游农用地附近应加以治理,含量异常的中下游区域为今后的找矿方向。     

滇西兰坪铅锌矿区土壤重金属含量的高光谱反演分析

滇西兰坪金顶超大型铅锌多金属矿床是我国最重要的铅锌矿产集中开发区之一。始于20世纪80年代的矿业开发活动逐渐增强,导致该区土壤重金属污染问题不断加重。本文系统开展了兰坪矿区土壤样本的Zn、Pb、As、Cd共4种重金属含量与光谱响应测试实验,详细分析了土壤样本中4种重金属的敏感波段位置及其与土壤中粘土矿物、铁氧化物及碳酸盐矿物之间的赋存关系,构建了4种重金属含量与土壤实测光谱之间的多元线性回归模型。结果表明:(1)区内4种重金属元素含量均超标,且具显著的相关性;(2)重金属含量与土壤光谱反射率、反射率的一阶微分及连续统去除变量具有较高的相关性;(3)用实测光谱的逐步回归方法预测土壤重金属含量的反演模型具有较高的精度,R2均高于0.816。本结果可为大尺度土壤重金属含量监测及其它污染信息提取提供借鉴。     

江西信丰油山地区土壤硒及重金属元素地球化学特征

为研究江西信丰油山地区绿色富硒土壤的分布特征,进一步指导当地耕种,提高农作物质量,通过在油山地区采集1 277件表层土壤样,选取典型土壤横向和纵向剖面,研究该区土壤Se及重金属元素的地球化学特征.油山地区绿色富硒土壤主要分布于西部震旦系;横向上,沿河水流动方向,土壤中的Se、As、Cr、Ni和Cu含量逐渐降低,Se与As、Cr、Ni、Cu呈显著正相关;垂向上,土壤中的Se与重金属元素在地表富集,Se仅与As呈显著正相关;土壤Se与重金属元素来源于震旦纪坝里组黑色碳质板岩,随水共同迁移,富集于母岩近区及河流汇集区.     

土壤重金属污染评价方法研究进展

从技术应用的角度,将土壤重金属污染评价方法分为传统的方法和基于GIS的评价方法两大类.本文阐述了评价方法的研究进展,分析了主要评价方法的优缺点,最后对评价方法做出了展望.     

土壤中重金属元素Pb、Cd地球化学行为影响因素研究

通过研究湖南洞庭湖地区水稻土中Pb、Cd与土壤有机质、粘粒和pH值的关系,结果表明,(1)土壤中有机质含量与Cd、Pb有着显著的正相关性,土壤中有机质含量增加可明显降低Cd和Pb的离子态和可交换态含量。(2)随着粘粒含量增加,Pb和Cd离子可交换态占全量的比值略有增加,这说明粘粒表面吸附的Pb和Cd容易进入植物体中,对生态系统安全具有危害的组分。(3)Cd离子交换态与土壤pH值呈显著相关关系,土壤酸化使Cd的离子交换态比例上升,可直接导致农作物中Cd含量增加,防止土壤酸化是控制Cd对生态系统危害的有效途径;Pb的离子交换态与全量的比值与pH值具有显著的相关性,对于Pb污染严重的土壤,保持土壤pH值在弱酸性至弱碱性范围,防止土壤酸化和盐碱化,可以降低Pb危害。土壤有机质含量、pH值等是控制重金属元素地球化学行为的重要因素之一。     

北京东南郊土壤重金属元素分布及其在表层土壤中的富集特征

通过采集并分析北京东南郊地区表层(0~20 cm)和深层(160~200 cm)土壤样品的重金属元素,查明该地区土壤中元素分布特征,并通过建立半变异函数模型探讨重金属元素的空间自相关性,利用富集系数探讨元素在表层土壤中的富集特征,在此基础上划分出重金属元素显著富集区,并对富集原因进行了深入解释和分析。结果表明:研究区表层土壤Cd、Cu、Hg、Pb、Zn总体含量水平明显高于深层,差距在1.2~3.9倍不等;与北京地区和中国地区土壤重金属元素含量相比,研究区土壤中相对富集Cd、Hg。受成土母质来源差异性和人类活动等诸多因素的影响,表层土壤As、Cr空间自相关性较强,深层土壤Cr空间自相关性较弱,表层和深层其他元素空间自相关性中等。As、Ni、Cr在表层土壤中的富集程度较弱,而Cu、Pb、Zn、Cd、Hg富集程度较强,富集程度最强的是Hg。以富集系数作为参考依据,圈定出5处重金属元素的显著富集区域,清晰地反映了人类生活、农业种植、工业生产等均是造成重金属元素在表层土壤中富集的重要影响因素;因此,需要密切关注人类居住区、农业种植区、工业企业分布区的土壤元素分布状况,以防止土壤环境恶化和保障生态环境安全。     

成都市土壤质量的模糊综合评价

土壤是一个开放体系,尤其城市的土壤污染来源更为广泛,而在土壤的质量评价中,常涉及到大量的复杂现象和多种因素的相互作用,且存在大量的模糊现象和模糊概念。针对这一情况,在成都城区168个土壤样品进行调查和实测后,对主要影响土壤质量的六种重金属污染进行分析,并且在环境地球化学原理的基础上,根据土壤污染分级标准建立了土壤质量的综合评判模型,同时给出了六种重金属的隶属函数。最后在对成都六个城区土壤样本的综合评判中,准确地得出了各城区的土壤污染程度及污染类别。     

冀东平原土壤重金属元素的存在形态及有效性分析

通过对冀东平原根系土中8种重金属元素形态含量的统计与分析,总结出其形态组成特征,初步分析了各重金属元素在土壤中的地球化学行为。笔者运用相关性分析方法,对重金属元素有效态含量与全量及土壤pH、TOC的相关性进行分析,从而得出重金属元素有效态含量的高低不仅受其全量的影响,而且与土壤pH、TOC亦有密切关系,这为表层土壤重金属元素污染程度的科学合理评价提供了理论依据。     

矿业活动区农田土壤重金属累积风险的评判方法——以小秦岭金矿区为例

金属矿产资源开发活动通常会导致矿区土壤重金属含量的累积,选用科学的评价标准及方法成为评判、区分矿业活动农田土壤重金属累积影响和风险的关键问题。在简述土壤背景值和土壤环境质量标准含义的基础上,提出采用与矿区其他环境条件基本相同或相近的邻区耕作层土壤重金属元素的平均含量作为评判矿业活动重金属对耕作层土壤的累积影响的对照值。以2011年小秦岭金矿区80件耕作层土壤重金属含量为例,金矿开发活动区耕作层土壤重金属的累积风险研究表明,土壤重金属低风险以上样品数占总样品数百分比的排序为Hg>Cd>Pb>Cu,矿业活动对土壤重金属累积的贡献率排序为Hg>Cu>Pb>Cd>Zn。土壤中的Cr、As、Zn元素有轻度累积但无风险。土壤中Hg元素的累积风险面积达到了187.77km2,占到研究区总面积的47.08%。其中,中、高风险的面积为99.55km2,土壤重金属累积风险极其严重。研究结果科学地评判了矿业活动对耕作层土壤重金属的累积影响及其贡献,为土壤污染防治指明了方向。     

矿业活动区农田土壤重金属累积风险的评判方法——以小秦岭金矿区为例

金属矿产资源开发活动通常会导致矿区土壤重金属含量的累积,选用科学的评价标准及方法成为评判、区分矿业活动农田土壤重金属累积影响和风险的关键问题。在简述土壤背景值和土壤环境质量标准含义的基础上,提出采用与矿区其他环境条件基本相同或相近的邻区耕作层土壤重金属元素的平均含量作为评判矿业活动重金属对耕作层土壤的累积影响的对照值。以2011年小秦岭金矿区80件耕作层土壤重金属含量为例,金矿开发活动区耕作层土壤重金属的累积风险研究表明,土壤重金属低风险以上样品数占总样品数百分比的排序为HgCdPbCu,矿业活动对土壤重金属累积的贡献率排序为HgCuPbCdZn。土壤中的Cr、As、Zn元素有轻度累积但无风险。土壤中Hg元素的累积风险面积达到了187.77km2,占到研究区总面积的47.08%。其中,中、高风险的面积为99.55km2,土壤重金属累积风险极其严重。研究结果科学地评判了矿业活动对耕作层土壤重金属的累积影响及其贡献,为土壤污染防治指明了方向。