土壤盐渍化遥感监测影响因素分析

徐振鑫，杨兵兵，岳胜如

(塔里木大学水利与建筑工程学院，新疆 阿拉尔 843300)

遥感技术已成为土壤盐渍化监测的重要手段，但从目前的研究来看，土壤盐渍化遥感监测的机理和规律并没有被完全掌握[1]，不同的土壤类型、土壤含盐量、盐成分、土壤湿度及混合像元等因素均影响其光谱特征[2]，以致于不同学者在不同的研究区域得到不同甚至是相反的研究结果。

1 土壤盐渍化遥感监测的影响因素

1.1 土壤类型

土壤类型不同，其物质构成差别很大，从而造成光谱反射率特征参数差异显著[3]。代希君[4]在进行土壤盐渍化高光谱监测研究中，以南疆盐渍土为对象，分别测定灌淤土、水稻土和潮土三类土壤的高光谱特征，结果发现不同土壤类型的光谱曲线变化特征基本一致，但反射强度存在显著差异。根据土壤不同的光谱特征，可将土壤分为三种主要类型[5]，第一种的典型代表为黑钙土，其反射光谱曲线在不同的波段之间较为平滑均匀，整体反射率较低；第二种的典型代表为淋溶土，土壤的反射光谱曲线整体较为平稳，在320～750 nm其反射率呈现逐渐增加趋势，斜率基本不发生变化，750 nm以后反射光谱曲线斜率迅速减小至0左右；第三种以砖红壤为代表，其反射光谱曲线特征为反射率随波长增加而急剧增加，曲线斜率较大。因此，在区域土壤盐渍化遥感监测中区分土壤类型，研究区域土壤反射光谱特征是必要的。

1.2 土壤含盐量

含盐量不同的土壤，其反射光谱曲线特征是基本一致的，主要是反射率的大小不同，总体而言，土壤含盐量大，反射率就大。在400～2 400 nm，可见光和近红外波段的反射率小于短波红外的土壤反射率，可见光波段的反射率小于近红外波段，含盐量不同的土壤光谱曲线谷值出现在1 950 nm附近，峰值出现在2 100 nm附近，含盐量不同的土壤光谱曲线在可见光到近红外波段之间均表现为反射率逐渐增大的特征。除了可以进行土壤含盐量的整体估算外，在混合盐类土壤情况下，如果盐类的组成较为单一，特别是主要盐类只有一种的情况下，在土壤含盐量一定的情况下，土壤含盐量和其主要盐成分的敏感波段特征具有一致性，即在盐类组成单一的情况下，可以根据土壤光谱特征分析土壤主要盐成分。江红南[2]以库车河-渭干河绿洲为研究区进行基于光学遥感的土壤盐渍化定量监测研究，结果发现：土壤中不同类型盐离子的敏感波段存在差异，可以利用HJ-1A高光谱数据分析土壤中的主要盐类组成。深层和表层土壤含盐量与土壤反射率存在中介效应，即表层土壤含盐量受到深层土壤含盐量的影响，进而影响土壤反射率。土壤含盐量与土壤反射率存在近似的线性关系。

1.3 土壤湿度

土壤湿度不同，其反射光谱特征也不同，土壤光谱在近红外、可见光波段表现出的波谱特征随土壤湿度的变化而变化，土壤含水量越少湿度越低，那么红光、近红外波段的吸收越弱，则反射率越高。利用红光、近红外、短波红外波段可以描述土壤光谱变化的绝大部分信息[6]。在土壤母质及其他因素不变的情况下，土壤的含水量大小对土壤反射率有着非常重要的影响[7]。相关研究：朱永豪[8]发现在相同的土壤条件下，随着含水量的增加各波长或波段的土壤反射率并非表现为简单的线性变化，而是呈现二次回归方程规律；田国良[9]研究不同波长土壤水分与反射率曲线发现，在含水量大于5%时，反射率随土壤含水量的增加呈现指数下降特征。因此，在区域土壤盐渍化遥感监测中考虑土壤湿度的空间异质性对土壤光谱特征带来的影响对提高土壤盐渍化监测精度是必要的。

1.4 混合像元

光学遥感可以对地物进行识别，提供丰富的光谱信息。在土壤盐渍化遥感监测应用中面临的突出问题是混合像元的问题。作为影像的基本单元，像元受到分辨率和地物的影响，单个像元内如果存在两种及以上的地物，即为混合像元，这在实际研究工作中是广泛存在的[10]。混合像元光谱特征是由各端元地物光谱的混合结果，因为混合像元的存在，则不可避免会产生异物同谱或同谱异物的现象，从而在土壤盐渍化遥感监测中影响土壤信息提取精度，混合像元分解模型可以解决各端元分解问题。存在的问题是在严重的混合情况下，假定的“纯净像元”不完全成立，此时估计端元向实际端元逼近的问题。混合像元中不确定端元数的分解问题，自动提取端元光谱的问题等[2]。

2 讨论

土壤光谱特征曲线受到众多因素共同影响，其实际上是土壤类型、土壤盐分、土壤盐成分、土壤湿度以及混合像元等多种因素耦合而成。当前土壤盐渍化遥感监测研究中，较少考虑土壤类型、土壤盐分、土壤盐成分、土壤湿度等因素的综合影响。在混合像元分解方面，现有研究鲜有讨论不同分解方法对盐渍化信息提取精度的影响，较少分析土壤盐分在剖面上的分布特征以及对土壤反射光谱的间接影响。

不同区域土壤盐渍化影响因素很多，发生的机理不尽相同。土壤盐渍化遥感监测深度受限于电磁波的穿透能力，因此主要用于土壤表层盐渍化监测，而地表及剖面盐分受土壤水分运移、地下水埋深等影响大且变化迅速，不同盐离子在土层的分布规律存在差异，在区域土壤盐渍化遥感监测过程中有必要进行影响讨论。

区域土壤盐渍化遥感监测精度的提高还有很多问题亟需解决。确定主要影响因素，将其和遥感影像数据集成可能是提高区域盐渍化监测精度的有效途径。