基于遥感与EM38的区域土壤盐渍化评估研究

来源 :中国科学院南京土壤研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zcb999999999
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开展土壤盐渍化评估由点到面尺度的扩展研究、区域土壤盐渍化的空间分布与时空变异研究对于认识盐渍化土壤的变化规律、预防土壤退化和促进农业可持续发展具有重要意义。   本论文以黄淮海平原-河南省封丘县为研究对象,利用田间采样、EM38(磁感式大地电导率仪)测量与遥感影像分析相结合的方法,针对研究区建立了EM38两种测量模式下的表观电导率对不同深度土壤盐分及其组成的响应函数;通过对研究区的三个时相的遥感影像解译,探讨了该区土地利用/土地覆被的变化情况,开展了区域尺度上盐渍化土地的时空演变研究;将EM38测量数据、田间采样数据与2005年的覆盖研究区的遥感影像相结合,实现了盐分评估点尺度、田块尺度与面尺度的无缝衔接,以期揭示其土壤盐分的空间变异规律,为区域土壤盐渍化评价、改良和利用提供一定理论参考和科学依据。主要的研究内容和成果为:   1.以典型样点田间采样资料为基础,建立了EM38测量的表观电导率解译土壤盐分及其组成的响应函数,并运用该函数探讨了土壤盐分与组成的空间变异情况。   通过对比分析与相关性比较,明确了EM38两种模式下表观电导率对不同深度土壤盐分及其组成的响应规律,并运用函数模型法对土壤盐分与组成的空间变异性进行了分析。EM38两种测量模式下的表观电导率EMH(EM38水平模式测量值)、EMv(EM38垂直模式测量值)与不同深度土壤盐分均呈极显著相关。本研究采用EMH和EMv为自变量的多元回归方程对土壤盐分及其组成进行解译具有良好的预测精度,这为EM38区域测量中解译模型的选择提供了参考依据。统计结果表明,研究区土壤盐分在水平方向上均呈中等强度变异。土壤盐分组成阴离子以SO42-为主,阳离子以Na+为主。空间结构性分析表明,各土层含盐量在一定的区域范围内具有空间结构特征,均较好地符合指数模型分布,具有强空间自相关性,说明土壤盐分空间变异中,由空间自相关引起的空间变异占主要部分,而随机因素引起的空间变异占次要部分。   2.利用覆盖研究区的三个时相的遥感影像,研究了区域尺度下土地利用/土地覆盖的动态变化,对研究区土地利用变化的幅度、速度进行了分析,重点探讨了区域尺度下盐渍化土地的时空演变特征,总结了区域尺度上盐渍化土地的演变规律。   利用覆盖研究区三个不同时相的遥感影像,基于决策树的分类方法,探讨了研究区土地利用/土地覆盖的变化,重点开展了区域尺度上盐渍化土地的时空演变研究。结果表明,研究区的盐渍化土地从空间分析上看,1995年的盐渍化土地空间分布位置大部分沿袭了1987年盐渍化土地分布位置,新生盐渍化土地只占其中一小部分,说明经过有效的改良措施,盐渍化土地有所缩减。2005年的盐渍化土地面积相对于1995年有大幅度缩减,从空间分布上看,研究区东西部的盐渍化土地仍然存在,但面积有所减少,值得注意的是在天然渠的北部新成1085公顷盐渍化土地,说明该区引黄灌溉引起的次生盐渍化问题仍然存在,盐渍化的防控问题依然需要加以重视。   3.基于遥感与EM38测量方法,实现了土壤盐渍化评估点尺度、田块尺度与区域尺度的无缝衔接。   本文分别应用EM38测量及EM38测量与遥感解译相结合的方法,实现盐分评估点尺度、田块尺度与面尺度的无缝衔接。结果表明将区域尺度数据(遥感影像数据)与田块尺度数据(EM38测量数据),通过回归模型拟合,运用了经典统计学与地统计学方法,相对于单独应用田块尺度数据(EM38测量数据)方法,在尺度的衔接上具有较高的精度。此方法综合了遥感图像信息与EM38测量数据,使得在展现土壤盐分的空间变异情况上看,具有更细致的描述,为区域土壤盐渍化评估的尺度衔接提供了良好的理论依据。   4.基于遥感与EM38测量,通过不同的分析方法,对区域土壤盐渍化进行预测与评估。   通过不同的方法(Kriging法,指数回归法,回归残差Kriging法)对研究区土壤盐分进行空间预测与评估,经过精度比较,回归-残差Kriging法是最优的预测方法。回归-残差Kriging法是先计算光谱指数回归模型得到土壤盐分空间变化的残差(预测值-实测值),再将残差值进行Kriging插值,最后将残差图与指数回归法计算的电导率图叠加,形成了区域土壤盐分空间分布图。应用此种方法对研究区土壤盐渍化的评估表明:盐渍化土壤主要集中在研究区北部与东南部,呈现明显的趋势效应,在整个剖面盐分表现为表层最高,随着深度增加盐分先减小后增大的趋势。这种方法能够提高预测与评估土壤盐分空间分布的精度,为区域土壤盐渍化的评估提供了新的方法与参考。
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