Knowledge Resource Center for Ecological Environment in Arid Area
| 博斯腾湖西岸湖滨绿洲土壤剖面Cd的空间变化及其高光谱响应 | |
| 阿提姑·吐尔洪 | |
| 出版年 | 2020 |
| 学位类型 | 硕士 |
| 学位授予单位 | 新疆师范大学 |
| 中文摘要 | 博斯腾湖西岸湖滨绿洲土壤Cr、Ni、Pb、Zn均呈现无污染状态,土壤Cd为该区域主要的污染因子,土壤Cd的光谱特征分析及含量估算研究具有重要的意义。以博斯腾湖西岸湖滨绿洲为研究区,采用地累积指数、PCA/APCS受体模型分析土壤重金属Cr、Ni、Pb、Zn、Cd的累积程度及定量来源,利用HHT时频分析方法拟分析土壤Cd的光谱响应特征,采用11种数学变换光谱形式、光谱指数、特征选择算法筛选土壤Cd的特征光谱,构建偏最小二乘回归、BP神经网络模型优选最佳估算方法。研究结果表明:(1)土壤Cr、Ni、Pb、Zn、Cd的地累积指数依次为-0.2753、-0.2720、-0.3183、-0.2280、-0.046,五种重金属均呈现无污染状态,土壤Cd为研究区最主要的污染因子,重金属Cd在土壤剖面0~50cm层依次超过新疆土壤背景值的1.4608、1.5258、1.5775、1.6250、1.3975倍。重金属Cr、Ni、Pb、Zn对土壤母质源的平均贡献率依次为70.0209%、81.9601%、42.6003%、83.3987%、22.1798%,土壤Pb、Cd对交通污染源的平均贡献率依次为23.7560%、89.9023%,土壤Cr、Ni、Cd对农业污染源的平均贡献率依次为17.7113%、10.3875%、35.5428%。(2)HHT时频分析方法可鉴别不同土壤Cd浓度污染光谱,土壤Cd(0.09)、Cd(0.11)的突变波段较少,依次在1600nm、1000nm附近,与受污染光谱的响应差异较为明显,随着土壤Cd浓度的增加,突变光谱波段越多,其中Cd(0.14)的突变光谱响应区间为827~840nm、1638~1654nm、Cd(0.18)的突变光谱响应区间为861~864nm、875~828nm、901~904nm、925~928nm,Cd(0.22)的突变光谱响应区间为1210~1213nm、1250~1253nm、1283~1286nm、2365~2368nm,Cd(0.26)的突变光谱响应区间为1099~1102nm、1125~1128nm、1208~1211nm、1242~1245nm、1539nm~11542nm、1989~1999nm、2009~2021nm、2030~2033nm、2042~2045nm、2080~2092nm。综合分析可得,土壤Cd特征光谱区间为:861~928nm、1099~1286nm、1989~2368nm。(3)在11种光谱数学变换形式中,一阶微分、对数二阶微分、倒数二阶微分、对数倒数二阶微分、平方根二阶微分与土壤Cd间的最大相关系数值依次为-0.6421、-0.4931、-0.4840、-0.4932、0.4660,与之相对应的波段依次为950nm、1298nm、2129nm、851nm、1257nm。所构建的光谱指数中,差值光谱指数、一阶微分差值光谱指数、一阶微分比值光谱指数、一阶微分归一化光谱指数与土壤Cd间的最大相关性系数值依次为0.4922、-0.5677、0.5374、0.5030,所对应波段组合依次为R_(923)-R_(600、)R_(945)-R_(2208)、R_(941)/R_(1293)、R_(941)-R_(1299)/R_(941)+R_(1299)。GAPLS、PSO算法所筛选的特征光谱波段均在500nm、1000nm、1500nm、2000~2400nm附近,三种方法所筛选的光谱波长在1000nm、1200nm、2200nm附近居多。(4)对数二阶微分、倒数二阶微分、对数倒数二阶微分、平方根二阶微分构建的PLSR模型R~2值依次为0.9559、0.9534、0.9563、0.9469,RMSE值依次为0.0101、0.0104、0.0101、0.0108,RPD值依次为4.7973、4.6638、4.8194、4.4831,以平方根二阶倒数变换形式所建模型最优;经PSO算法筛选的一阶微分变换建立的BP神经网络估算模型效果最优,其R~2值为0.8142,RMSE值为0.0167,RPD值为2.4446。通过本研究,以期应用于高光谱遥感土壤Cd含量估算,从而为区域土壤Cd污染动态监测提供科学依据及方法支撑。 |
| 中文关键词 | 土壤重金属 ; PCA/APCS ; 高光谱数据 ; 光谱特征 ; 估算模型 ; 湖滨绿洲 |
| 语种 | 中文 |
| 国家 | 中国 |
| 中图法分类号 | X53 |
| 来源机构 | 新疆师范大学 |
| 资源类型 | 学位论文 |
| 条目标识符 | http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/355515 |
| 作者单位 | 新疆师范大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 阿提姑·吐尔洪. 博斯腾湖西岸湖滨绿洲土壤剖面Cd的空间变化及其高光谱响应[D]. 新疆师范大学,2020. |
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