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基于分数阶微分技术的土壤水盐信息高光谱反演

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准确高效获取土壤水盐信息是盐碱地改良和可持续利用的前提.本研究以地面野外高光谱反射率和实测土壤水盐含量为数据源,利用分数阶微分(FOD)技术对原始光谱反射率进行步长为0.25的处理,从光谱数据与土壤水盐信息相关性层面筛选FOD阶数,构建二维光谱指数,采用支持向量机回归(SVR)和地理加权回归(GWR)建立土壤水盐含量反演模型并进行验证.结果表明:FOD技术可以在一定程度上减弱高光谱噪声并挖掘潜在光谱信息,提高高光谱反射率与土壤含水量(SMC)、pH值和含盐量的相关性,相关系数最高分别提升0.98、1.35和0.33.与一维光谱相比,FOD结合二维光谱指数筛选的特征波段组合对SMC、pH值和含盐量的响应更敏感,分别以1.5、1.0和0.75阶为最优,其中,SMC最大相关系数绝对值的最佳组合波段为 570、1000、1010、1020、1330 和 2140 nm;pH 值为 550、1000、1380 和 2180 nm;含盐量为 600、990、1600和1710nm.相较于原始光谱反射率,SMC、pH值和含盐量最优阶次估算模型验证决定系数(Rp2)最高分别提升1.87、0.94和0.56.所建模型中GWR精度整体优于SVR,其中GWR最优阶次估算模型Rp2R分别为0.866、0.904和0.647,相对分析误差为3.54、4.25和1.86.研究区土壤含水量和含盐量总体呈西部低、东部高的空间分布特征,西北部土壤碱化问题较为严重,东北部较轻.研究结果可为引黄灌区土壤水盐高光谱反演提供科学依据,为盐碱地精准农业实施和管理提供新的策略.
Hyperspectral inversion of soil water and salt information based on fractional order derivative technology

王怡婧、陈睿华、张俊华、丁启东、李小林

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宁夏大学地理科学与规划学院,银川750021

宁夏大学生态环境学院,西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地/西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室,银川750021

野外高光谱 分数阶微分 二维光谱指数 地理加权回归 支持向量机回归

国家重点研发计划项目国家自然科学基金清华大学-宁夏银川水联网数字治水联合研究院联合开放基金

2021YFD190060242067003SKLHSE-2022-IOW11

2023

10.13287/j.1001-9332.202305.025

应用生态学报
中国生态学学会 中国科学院沈阳应用生态研究所

应用生态学报

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子：2.114
ISSN：1001-9332
年,卷(期)：2023.34(5)
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