土壤鹽漬化遙感監測影響因素分析

徐振鑫，楊兵兵，岳勝如

(塔里木大學水利與建筑工程學院，新疆 阿拉爾 843300)

遙感技術已成為土壤鹽漬化監測的重要手段，但從目前的研究來看，土壤鹽漬化遙感監測的機理和規律并沒有被完全掌握[1]，不同的土壤類型、土壤含鹽量、鹽成分、土壤濕度及混合像元等因素均影響其光譜特征[2]，以致于不同學者在不同的研究區域得到不同甚至是相反的研究結果。

1 土壤鹽漬化遙感監測的影響因素

1.1 土壤類型

土壤類型不同，其物質構成差別很大，從而造成光譜反射率特征參數差異顯著[3]。代希君[4]在進行土壤鹽漬化高光譜監測研究中，以南疆鹽漬土為對象，分別測定灌淤土、水稻土和潮土三類土壤的高光譜特征，結果發現不同土壤類型的光譜曲線變化特征基本一致，但反射強度存在顯著差異。根據土壤不同的光譜特征，可將土壤分為三種主要類型[5]，第一種的典型代表為黑鈣土，其反射光譜曲線在不同的波段之間較為平滑均勻，整體反射率較低；第二種的典型代表為淋溶土，土壤的反射光譜曲線整體較為平穩，在320～750 nm其反射率呈現逐漸增加趨勢，斜率基本不發生變化，750 nm以后反射光譜曲線斜率迅速減小至0左右；第三種以磚紅壤為代表，其反射光譜曲線特征為反射率隨波長增加而急劇增加，曲線斜率較大。因此，在區域土壤鹽漬化遙感監測中區分土壤類型，研究區域土壤反射光譜特征是必要的。

1.2 土壤含鹽量

含鹽量不同的土壤，其反射光譜曲線特征是基本一致的，主要是反射率的大小不同，總體而言，土壤含鹽量大，反射率就大。在400～2 400 nm，可見光和近紅外波段的反射率小于短波紅外的土壤反射率，可見光波段的反射率小于近紅外波段，含鹽量不同的土壤光譜曲線谷值出現在1 950 nm附近，峰值出現在2 100 nm附近，含鹽量不同的土壤光譜曲線在可見光到近紅外波段之間均表現為反射率逐漸增大的特征。除了可以進行土壤含鹽量的整體估算外，在混合鹽類土壤情況下，如果鹽類的組成較為單一，特別是主要鹽類只有一種的情況下，在土壤含鹽量一定的情況下，土壤含鹽量和其主要鹽成分的敏感波段特征具有一致性，即在鹽類組成單一的情況下，可以根據土壤光譜特征分析土壤主要鹽成分。江紅南[2]以庫車河-渭干河綠洲為研究區進行基于光學遙感的土壤鹽漬化定量監測研究，結果發現：土壤中不同類型鹽離子的敏感波段存在差異，可以利用HJ-1A高光譜數據分析土壤中的主要鹽類組成。深層和表層土壤含鹽量與土壤反射率存在中介效應，即表層土壤含鹽量受到深層土壤含鹽量的影響，進而影響土壤反射率。土壤含鹽量與土壤反射率存在近似的線性關系。

1.3 土壤濕度

土壤濕度不同，其反射光譜特征也不同，土壤光譜在近紅外、可見光波段表現出的波譜特征隨土壤濕度的變化而變化，土壤含水量越少濕度越低，那么紅光、近紅外波段的吸收越弱，則反射率越高。利用紅光、近紅外、短波紅外波段可以描述土壤光譜變化的絕大部分信息[6]。在土壤母質及其他因素不變的情況下，土壤的含水量大小對土壤反射率有著非常重要的影響[7]。相關研究：朱永豪[8]發現在相同的土壤條件下，隨著含水量的增加各波長或波段的土壤反射率并非表現為簡單的線性變化，而是呈現二次回歸方程規律；田國良[9]研究不同波長土壤水分與反射率曲線發現，在含水量大于5%時，反射率隨土壤含水量的增加呈現指數下降特征。因此，在區域土壤鹽漬化遙感監測中考慮土壤濕度的空間異質性對土壤光譜特征帶來的影響對提高土壤鹽漬化監測精度是必要的。

1.4 混合像元

光學遙感可以對地物進行識別，提供豐富的光譜信息。在土壤鹽漬化遙感監測應用中面臨的突出問題是混合像元的問題。作為影像的基本單元，像元受到分辨率和地物的影響，單個像元內如果存在兩種及以上的地物，即為混合像元，這在實際研究工作中是廣泛存在的[10]。混合像元光譜特征是由各端元地物光譜的混合結果，因為混合像元的存在，則不可避免會產生異物同譜或同譜異物的現象，從而在土壤鹽漬化遙感監測中影響土壤信息提取精度，混合像元分解模型可以解決各端元分解問題。存在的問題是在嚴重的混合情況下，假定的“純凈像元”不完全成立，此時估計端元向實際端元逼近的問題。混合像元中不確定端元數的分解問題，自動提取端元光譜的問題等[2]。

2 討論

土壤光譜特征曲線受到眾多因素共同影響，其實際上是土壤類型、土壤鹽分、土壤鹽成分、土壤濕度以及混合像元等多種因素耦合而成。當前土壤鹽漬化遙感監測研究中，較少考慮土壤類型、土壤鹽分、土壤鹽成分、土壤濕度等因素的綜合影響。在混合像元分解方面，現有研究鮮有討論不同分解方法對鹽漬化信息提取精度的影響，較少分析土壤鹽分在剖面上的分布特征以及對土壤反射光譜的間接影響。

不同區域土壤鹽漬化影響因素很多，發生的機理不盡相同。土壤鹽漬化遙感監測深度受限于電磁波的穿透能力，因此主要用于土壤表層鹽漬化監測，而地表及剖面鹽分受土壤水分運移、地下水埋深等影響大且變化迅速，不同鹽離子在土層的分布規律存在差異，在區域土壤鹽漬化遙感監測過程中有必要進行影響討論。

區域土壤鹽漬化遙感監測精度的提高還有很多問題亟需解決。確定主要影響因素，將其和遙感影像數據集成可能是提高區域鹽漬化監測精度的有效途徑。