地表枯枝落叶层影响下的土壤混合光谱特征及解混方法研究

作者：赵伟; 包妮沙^*; 刘善军; 毛亚纯; 肖冬

来源：光谱学与光谱分析, 2020, 40(07): 2188-2193.

• 土壤
• 地表枯枝落叶
• 盲源分离
• 混合光谱

针对草原土壤属性高光谱监测过程中地表枯落物对土壤光谱建模精度的影响。以呼伦贝尔典型草原土壤光谱为研究对象,通过室内模拟光谱实验及野外光谱实测验证,分析混合光谱特征,揭示枯枝落叶层对土壤光谱影响的规律,提出了基于光谱相似值约束下的盲源分离ICA算法,对混合光谱进行解混,削减枯枝落叶层对土壤光谱的影响。结果表明,(1)随枯枝落叶盖度增加,光谱纤维素吸收指数(CAI)增加,呈二次回归递增趋势,可有效检验混合光谱中枯枝落叶的覆盖程度;(2)混合光谱在700 nm跃迁波段有明显的斜率陡增现象,并在1 680及1 754 nm处存在微弱的木质素吸收特征,在2 100 nm附近处出现强吸收特征;(3)优化后的BSS-ICA算法可有效分离枯枝落叶同土壤的混合光谱,进而提升野外光谱估测有机碳含量的精度,分别利用偏最小二乘回归(PLSR)、支持向量机(SVM)及随机森林(RF)对解混前后光谱建立预测有机碳预测模型;其中SVM模型预测精度最高,预测集的R2从0.71提高到0.75, RMSE从4.82 g·kg-1降低到4.50 g·kg-1。通过实验研究对定向去除外部环境参数中的地表枯枝落叶层对土壤高光谱影响进行了实证,并通过野外实测数据验证解混算法的有效性,为完善野外原位光谱数据反演及监测土壤理化属性提供理论依据。

• 单位
  土木工程学院; 东北大学