摘要
自二十世纪中期以来，随着人口的迅速增加，世界范围内人口-资源-环境之间的矛盾越来越突出，不合理利用土地资源所带来的土壤侵蚀、土壤肥力下降、土壤盐渍化、土壤退化和荒漠化、生态环境恶化等问题愈加严重。如何采用先进的技术方法对复杂的土壤状况进行监测，成为摆在我们面前的首要研究课题。高光谱遥感除具有常规遥感的功能外，凭借其极高的光谱分辨率，通过对土壤理化性质与土壤精细光谱信息的分析，具备定量获取土壤特性参数的潜力，为实现土壤特性参数的成图和评价、土壤的动态监测提供可能。 本文以广东省西部的两大构造单元“雷琼新生代凹陷”和“吴川—四会活动构造带”为主要研究区，以新生代红色风化壳—红土及其上覆红色土壤为研究对象，在红土的理化组分和野外反射光谱等实测数据的基础上，分析研究不同母岩红土的反射光谱特征、组分含量特征以及红土光谱反射率及其变换形式与红土特性参数间的关系；结合高光谱分析技术和多元统计分析方法，建立利用红土反射光谱预测红土特性参数的定量模型。通过分析、研究得出如下主要结论： 1)研究区红土组分含量特征研究表明，不同母岩红土的化学成分都以SiO2、Al2O3和Fe2O3为主，SiO2与Al2O3、Fe2O3呈显著负相关关系。N在Q3老红砂、Q1红色砂、云母石英片岩和K20在Q3老红砂、Q1红色砂、云母石英片岩、玄武岩红土中的含量都很低，而研究区红土中的S含量都很高；Zn在云母石英片岩和灰岩、As在云母石英片岩、Cr在玄武岩和Q1红色砂以及Cd在云母石英片岩、花岗岩和灰岩红土中的平均含量都超过了土壤环境质量二级II类标准值。 2)研究区不同母岩红土野外反射光谱研究表明，成土母岩、水分、氧化铁和有机质对红土光谱反射率有着重要影响。A层红土光谱受有机质的影响显著，而B、C层红土光谱主要受水分、氧化铁的影响。红土光谱反射率连续统调整后420-490nm波段的光谱特征可以作为识别玄武岩红土的简易光谱标志。研究区红土反射光谱按母岩类型可以划分为三类：一类是低反射率类，包括玄武岩、灰岩和砂泥岩发育的红土；一类是中反射率类，包括花岗岩和云母石英片岩发育的红土；另一类是高反射率类，包括Q3老红砂、Q1红色砂发育的红土和花岗岩发育的高岭土。 3)红土特性参数与红土反射光谱相关性研究表明，红土中的SiO2、Fe2O3、Al2O3、FeO和水分等的含量与红土光谱反射率在0.01水平上相关性显著。 4)水分与野外红土反射光谱研究表明，在0.46-2.5μm波段水分含量与红土光谱反射率呈显著负相关关系，并且随波长的增加其相关性增强。2220-2290nm波段是水分含量与野外红土光谱反射率相关性最强的波段。利用野外红土光谱反射率的倒数与水分含量进行回归分析，得到建模样本修正后的确定系数R2为0.781。 5)氧化铁与野外红土反射光谱研究表明，在0.35-2.5μm波段氧化铁含量与红土光谱反射率呈负相关关系。1200-1350nm波段是氧化铁与野外红土反射光谱相关性最强的波段。反射率的一阶微分与氧化铁的相关性最强，利用它与氧化铁含量进行逐步回归分析，得到建模样本修正后的确定系数R2为0.579。 6)二氧化硅与野外红土反射光谱研究表明，在0.57-2.5μm波段二氧化硅含量与红土光谱反射率呈正相关关系，随波长的增加其相关性有所增强。2150-2230nm波段是二氧化硅与野外红土反射光谱相关性最强的波段。 7)红土风化系数与红土反射光谱研究表明，铝铁系数、红土化指数与红土反射光谱呈显著正相关关系。反射率一阶微分与铝铁系数、红土化指数的相关性最强，利用它与红土铝铁系数、红土化指数进行逐步回归分析，得到建模样本修正后的确定系数R2分别为0.940和0.786。
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