2005年l月农机化研究第1期
土壤盐碱化遥感监测方法
扶卿华倪绍祥,李开丽
(南京师范大学地理科学学院江苏南京210097)摘要:由于遥感技术获得的信息具有真实客观及时准确重复性强等优势因而利用遥感技术进行盐碱化监测是进行土壤盐碱化定性定量和动态分析的重要手段为此对目前土壤盐碱化遥感监测的
主
要方法(直接问接和综合等方法)及其存在的问题进行了阐述并展望了遥感监测土壤盐碱化的发展前景关键词:农业工程;土壤盐碱化;综述;遥感监测中图分类号:5126;5155295文献标识码:A文章编号:1003一188X(2005)01一0110一03
20世纪70年代国外开始利用卫星遥感技术来监测土壤盐碱化90年代以来随着遥感数据的光谱分辨率辐射分辨率时间分辨率空间分辨率不断提高遥感数据源更加丰富方法日趋成熟国内外有关研究人员用不同遥感数据(如各种航片TMSPOT微波等)对土壤盐碱化监测开展了大量的研究工作并取得了一定成果1土壤盐碱化遥感监测方法目前遥感对土壤盐碱化监测方法可分为3种即直接方法间接方法和综合方法11直接方法用直接方法来进行土壤盐碱化遥感监测的主要依据就是土壤的光谱响应特征与一般耕地相比盐碱土在可见光和近红外波段光谱反射强土壤盐碱化程度越高光谱反射越强川但是土壤光谱特征容易受到其它因素(如植被太阳高度角等)的影响影像上的土壤光谱特征常常是各个影响因素与土壤的综合光谱特征因此用直接方法来监测土壤盐碱化过程中最关键的几个步骤:一是数据源选择;二是最佳波段选择与组合;三是盐碱化特征信息提取与分析111数据源选择对于数据源的选择要考虑研究区域研究目的和要求以及数据源的特点。TM影像数据通过传统的分类方法来监测土壤覆盖的改变进而对土壤盐碱化进行监测但训练区选择需要大量的地面实测数据航片通过地理特征灰度色调和颜色特征的组合来解译盐碱土分布且热红外航片对反映盐碱化导致的植物生理变化特征很有效微波遥感具有全天候全天时的特点微波CP特别是L波段对
监测盐碱土很有潜力“〕高光谱具有窄波段多通道图像与光谱合二为一的优点以纳米级的超
高光谱分辨率和几十或几百个彼段同时对地表地物成像可获得地物的连续光谱信息,借助高光谱丰富的光谱信息,依据实测的盐碱土波谱特征可
以
对不同盐碱土类型及盐碱化程度进行直接识别1,
2
最佳波段选择与组合
国内外对土壤的盐碱化遥感监测已进行了
大量
研究并发现可见光(05一07pm)近红外(090一103协m127一152pm
)和短波红外波
段
(194一215协m215一231,m233一240
pm
)
是识别盐碱化土壤的关键波段「,单纯从信息量来
衡量TM数据13和5波段组合所含信息量最大
但盐碱化信息提取的精度并不与遥感数据信息量的
大小成正比关系oIF的值与对土壤盐碱化的估测
并不完全一致TM数据从27组合OIF是最差的可盐碱化土壤的解译精度达到96%『2’」随着微波的发展不少学者也对用微波遥感技术进行土壤盐碱
化监测做了探讨和研究盐度与介电常数有很密切
的关系在一定的微波频率下复介电常数的实部
随着盐度的增加而降低而虚部则随之升高虚部
对盐度的敏感性随着频率的降低而增高并认为L
和c波段传感器的结合使用可用来进行土壤盐碱化监测{‘’
1
,13盐碱化特征信息提取与分析
遥感影像上土壤的光谱响应是土壤类型土壤组合土壤结构特征及成土因素光谱特征的综合反
映这些信息在各个波段内都有不同程度的反映不可能用一两个波段表达出较明显的土壤信息;同
收稿日期
:20040709
基金项目国家自然科学基金资助项目(40371081)
作者简介:扶卿华(197于)男湖南常德人硕士研究生主要从事遥感与Gls方面的研究工作2005年l月农机化研究第1期
时土壤光谱特征容易受到植被土壤水分等因素的影响为了突出土壤盐碱化特征国内外学者运用K一L变换K一T变换影像比值法假彩色合成等方法进行了探讨和研究1988年彭望录fs]用TM数据对雁北阳高盘地的盐碱化进行了分析探讨把K一T变换处理方法标准彩色合成和K一L变换比较结果表明:经过K一T变换得到的3个分量(亮度绿度湿度)地学意义明确合成效果好分离了绿度较好地突出了土壤的信息可以提高对盐碱土的判读分析效果误差达到最小骆玉霞‘,利用遥感图像提取盐碱土的光谱特征和纹理特征进行特征选择对角度分类器和距离分类器进行了比较研究对遥感信息单要素分类与遥感信息综合分类进行比较研究1998年R5DwIVEDIandKSREENI-vAs{,用不同的图像变换方法(如PcAHls影像差值和比值法等)来研究盐碱土壤的动态变化近年来一些学者把土壤水分反演的一些模型和算法如SPM(Smal1PerturbationModel)POM(PhysiealoptiesModel)DM(DuboisModel)CM(CombinedModel)等应用于土壤的盐碱化研究并且为了消除反演中植被的影响后来又提出了CM(VC)(vege-tation一CorreetedCombinedMode一)模型l”’12间接方法间接方法主要是根据植被特征(类型叶面积指数盖度等)土壤温度土壤水分地表阻抗等来间接反演土壤的盐碱化特征但目前多是依据植被特征土壤类型和土壤盐碱化程度的差别会影响作物的生长状况在影像上也有不同的特征这可以作为土壤盐碱化的指示并且同一种植被类型在遥感图像上的色调土壤湿度和植被群落状况等信息也可以作为土壤盐分的标志信息1994年吴志芬「’等对黄河盐生植被与土壤盐分的相关性进行了深人的研究结果发现:盐生植被的类型空间分布植株所含的化学成分生物累积程度和演替等方面与土壤含盐量有着十分密切的关系相关系数显著证明随土壤含盐量的增加群落的组成种类减少群落盖度降低而耐盐强度大的翅碱蓬则逐渐增多最后成为群落的单优势种2003年许迪『”’用LANDsAT卫星遥感影像数据利用监督分类NDVI指数等遥感影像处理方法对黄河上游的宁夏青铜峡灌区进行了识别作物及土壤盐碱分布的应用研究2002年Dehaan‘’利用Hymap成功地绘制了澳大利亚Murray盆地土壤盐碱化分布图结果发现高度盐化土壤圣彼得草以及Seablite草是最重要的土壤盐化指示器并使用光谱角制图(SAM)匹配滤波(MF)以及光谱特征拟合(SFF)技术同时生成了土壤盐化指示器分布图
土壤和水分中的盐分可能会影响到作物的生长和产量DwANGCwILSONandMCSHANNON〔5’研究了在不同的盐碱化程度灌溉条件下对大豆的冠
层光谱反射的关系由于盐碱化造成的叶绿素特殊的叶子成团性生物量等的变化而造成的作物反
射特征的变化2003年FouadAI一Khaier‘6,对地表阻抗尺S
与
盐度的关系进行研究表明:当土壤平均盐分小于
77dsm
时作物不受影响;当土壤盐分小于
77ds功’时Rs与Ece
才间只有很小的相关性在
这个范围之内作物生长繁荣;当Ece介于77dsm,
与27dsm之间时作物的地表阻抗随着土壤中平均的ECe的增加而增强因此ECe的值越大(盐分
越多)作物越难从土壤中吸取水分地表的阻抗也就越强土壤的盐分和作物地表阻抗之间的相关很明显:当ECe大于27dsm时作物已经受不了盐分的影响因此ECe与地表阻抗之间的相关性再次减弱
13综合方法
综合方法就是结合间接和直接的方法并辅助相关的数据信息进行综合分析任何区域地理环境中地理景观在空间分布上有一定的规律性和自相
关性于是遥感影像本身除了具有光谱信息外更重要的是由各像元之间不同的空间组织方式所表现出
的空间信息特征1997
年彭望录研究了地下水埋深地下水矿
化度和地貌因子对土壤盐碱化的影响并利用地理信息系统结合遥感数据和专家经验建立数学模型进行了综合分析关云秀‘”’运用综合分类法对土壤盐碱化进行研究主要体现在:一是多季相图像数据综合挖掘图像的时间信息;二是监督分类与非监督分类综合挖掘影像的光谱信息;三是分类后处理过程中则运用图像空间或结构信息进行地学相关规律综合
分析进一步消除同物异谱和异物同谱现象对分类结果的干扰
2目前研究存在问题
21数据源上的问题
(l)光学遥感存在着波段范围的局限性限制
了其在土壤盐碱化遥感监测中的应用如由于土
壤
中的盐溶液尚未达到饱和析出可见光近红外波段对于较为湿润的地区便很难识别(2)微波和高光谱遥感在各个应用领域的理论2005年1月农机化研究第1期
模型定标校准等问题还有待深入解决微波遥感和高光谱遥感仪器的种类和性能还有待提高和改进等22方法上的问题
(l)直接方法影像上的土壤光谱响应并不只
是土壤的光谱响应而同样是多个因素的综合光谱
响应特征因此它不能准确地反映土壤盐碱化的光谱特征(2)
间接方法
依据植被的特征来反演盐碱化
程度但植被的生长状况不仅仅由土壤的盐碱化决定而是耕作管理水肥气热状况等多种因素共同作用的结果(3)综合方法
虽然包含的信息量最全但由
于涉及的变量和参数过多方法比
较复杂
团仁9]仁10]lJ1f3研究展望对于土壤盐碱化遥感监测需要在以下几个方面进一步研究和探讨:完善遥感信息反演方法保证遥感信息反演精度;加强遥感基础研究「作进行实地数据测量建立经验模式及相应的遥感信息库;改进遥感器的性能开发新的硬件和软件以提高遥感信息存储和处理速度参考文献吴晌昭川庆久土壤光学遥感的理论方法及应用吏J马遥感信息2003(1):4052OwivediR5RsoetalTheseleetionofthe匕e5tpossibleLandsatT从t)andeomblna飞ionfo丈delineatingSaltaffeCted50115〔J〕Interna-tionalJournalofRemoteSensing199213(11):2051一2058Dwive(]iR551eenivasKetalInventoryofsaltaffeeted50115andwaterlogge(lar‘as:areootesen:ingapproach仁J玉11飞ternationalJo日rnalofRemoteSensi:29199920(8):1589-1599吕远含盐土壤的微波介电常数特性研究〔J了遥感学报2002(6):吸16飞23邵芸吕远含水含盐土壤的微波介电特性分析研究汀二遥感学报20昵(6):416423胡庆荣含水含盐土壤介电特性试验研究及对雷达图像的相应分析仁EB/OLt、ttp//20220511142/edmd/mainframeasp?eneode=gb&navigate二sjt&di、p1ay二ehinese2004一04一09GeoffreyRTaylorAbdullahHMahCharaeterizationofsaline50115usingairl〕orneradarimagery仁J]RemoteSensEviron199657:127-142彭望录李天杰TM数据的Kauth一ThomaS变换在盐碱土分析中的作用一以阳高盆地为例仁J]环境遥感19894(3):183一190骆玉霞GIS支持下的TM图像土壤盐溃化分级【J」