【摘 要】
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为探索快速提取绿洲灌区棉田土壤盐分的有效方法,为土壤盐渍化防治提供参考。以新疆第二师31团棉田为研究区域,以2019、2021年春、夏、秋季Landsat 8 OLI多光谱影像和实测土壤含盐量为数据源,采用多元逐步回归、偏最小二乘回归、极限学习机、支持向量机和BP神经网络构建土壤盐分遥感反演模型,探究输入变量和建模方法对模型精度的影响效果,通过对比确定各季节土壤盐分最佳反演模型,定量反演相应季节地
【基金项目】
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新疆自治区重大科技专项“棉田高效节水技术及产品开发集成与应用”（项目编号:2020A01002-1）,课题主持人:白云岗教授级高级工程师（新疆水利水电科学研究院）；
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为探索快速提取绿洲灌区棉田土壤盐分的有效方法,为土壤盐渍化防治提供参考。以新疆第二师31团棉田为研究区域,以2019、2021年春、夏、秋季Landsat 8 OLI多光谱影像和实测土壤含盐量为数据源,采用多元逐步回归、偏最小二乘回归、极限学习机、支持向量机和BP神经网络构建土壤盐分遥感反演模型,探究输入变量和建模方法对模型精度的影响效果,通过对比确定各季节土壤盐分最佳反演模型,定量反演相应季节地表土壤含盐量,根据反演结果分析了研究区土壤含盐量空间分布、季节性变化和年际变化特征。主要结论如下:（1）对采样点处土壤盐分进行描述性统计,发现研究区2019、2021年各季节棉田土壤主要为非盐化土和轻度盐化土,春、夏、秋季土壤盐分总样本变异系数分别为0.67、0.56、0.67,呈中等变异性。中度盐化土的光谱反射率高于轻度盐化土和非盐化土。（2）通过土壤含盐量与多光谱影像的波段、光谱指数进行相关性分析,发现春季海岸波段（b1）、蓝波段（b2）、绿波段（b3）、红波段（b4）和SI1、SI2、SI3、SI4、S3、S4、S5盐分指数通过了显著性检验P＜0.01;夏季,除SI4盐分指数外,其余32个光谱参量与土壤含盐量均呈显著相关（P＜0.01）,其中植被指数与土壤含盐量均呈负相关;秋季b1、b2、b3、b4波段和NDSI、SI-T、SI1、SI3、S1、S2、S3、S4、S5盐分指数与土壤含盐量均呈显著相关（P＜0.01）。（3）综合分析建模和验证效果,发现基于全变量组的BP神经网络模型均为各季节最优的土壤盐分反演模型,春季,建模集决定系数（Rc~2）为0.705,建模集均方根误差（RMSEc）为1.133,验证集决定系数（Rv~2）为0.556,验证集均方根误差（RMSEv）为1.409;夏季,Rc~2为0.830,RMSEc为1.128,Rv~2为0.767,RMSEv为1.552;秋季,Rc~2为0.634,RMSEc为1.379,Rv~2为0.527,RMSEv为1.742。（4）由反演结果可知,2019、2021年春、夏、秋季棉田土壤主要为非盐化土和轻度盐化土。两年土壤含盐量季节性变化过程相似,春季至夏季土壤含盐量减小,夏季至秋季土壤含盐量增大,即土壤含盐量大小依次为秋季＞春季＞夏季。各季节土壤含盐量年际变化过程相似,2019年至2021年各季节土壤含盐量均有所减小。
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