遥感地学分析土壤遥感.ppt

第四章 土壤遥感 第四章 土壤遥感 土壤是覆盖地球表面的具有农业生产力的资源，能够为植物生长提供营养成分、水和自然支撑，是岩石圈、水圈、大气圈和生物圈相互作用的产物。 土 壤遥感是应用遥感手段研究土壤科学的技术。根据电磁波辐射原理，通过各种传感器远距离接收土壤反射或发射的电磁波谱信号，经加工处理后，得到能直接识别的 图像或供电子计算机处理的电子数据，通过分析这些图像和数据可以掌握土壤特性、土壤类型、分布规律和利用现状，从而绘制土壤图，计算土壤类型分布面积。 第四章 土壤遥感 土壤遥感能对某些土壤性状、水分含量、养分供应状况，以及对土壤盐渍化、沼泽化、风沙化、水土流失、土壤污染等变化进行动态监测，为合理开发、利用与管理土壤资源及时提供科学数据。 第一节 土壤波谱特征及其变化规律1、土壤反射光谱特征 1.1土壤的辐射传输 土壤是由固体、液体、和气体组成的三相系统，其中固相颗粒是组成土壤的物质基础。 固相颗粒的排列方式、孔隙数量和大小以及团聚体的数量和大小等决定了土壤结构。 电磁辐射在土壤中与土壤颗粒、水分等发生碰撞，并在土壤孔隙中传输，被吸收或散射，最后从土壤表层反射并被传感器接收。这一过程与土壤结构密切相关，土壤结构的不同将导致土壤中多次散射次数、散射方向性、后向散射能量大小的差异。 第一节 土壤波谱特征及其变化规律 1.2土壤反射光谱特征 土 壤是岩矿的风化产物，其主要物质组成与岩矿一脉相承，因而土壤和岩矿的光谱反射特性在整体上基本一致：即反射率从可见光的短波段起随波长的增加而逐渐抬升。 但土壤是岩矿经历不同的风化过程，又是在不同的生物气候因子和人类长期耕作活动的共同作用下形成的，因此，土壤类别是多种多样的，其光谱反射特性也必然相应 地发生许多变化。 第一节 土壤波谱特征及其变化规律 1.3土壤反射光谱特征的影响因素 土壤是一种极其复杂的多孔体系，由不同含量的矿物质、水分、气体和土壤有机质组成。 土壤反射率由土壤的组成成分及其结构的内在的散射和吸收性质决定。 土壤反射光谱受土壤地球化学（矿物成分、湿度、有机质、氧化铁含量、土壤结壳等），几何光学散射（几何、照明、微粒形状、大小、方位、粗糙度）以及外部环境（气候、风化程度、植被覆盖度、落叶）等因素的影响。 第一节 土壤波谱特征及其变化规律 1.3土壤反射光谱特征的影响因素 其中土壤有机质、氧化铁和水分含量、土壤质地、土壤母质等性状均明显地随地理分布的差异而不同。 因此，土壤光谱的反射特性也必然会随土壤地理的分布规律和土壤剖面而发生变异。 1.3.1土壤组分的影响 土壤由固相（矿物质：原生矿物和次生矿物；有机质：有机氮、脂肪、碳水化合物、糖类等），液相（土壤水分或溶液）和气相（土壤空气）三相物质有机组成。 按容积计，矿物质占38-45%，有机质占5-12%，孔隙约占50%； 按重量计，矿物质的固相占90%以上，有机质占1-10% 对土壤光谱影响较大的组分包括土壤水分、有机质、氧化铁。 1.3.1土壤组分的影响 1）土壤水分含量对土壤光谱的影响 土壤水分是土壤的重要组分，不仅是植物生活必需物质，且是土壤系统中物质与能量的流动介质。 土壤水分 来源于大气降水、地下水、灌溉水和大气凝结水； 损耗于土壤蒸发、植物吸收、植物蒸腾和水的渗漏与径流。 通常给定地区，土壤特性中的土壤水分随时间和空间的变化最大。 因此，一定时间内，土壤的反射率主要随土壤粗糙度和土壤水分含量的变化而变化。 1.3.1土壤组分的影响 1）土壤水分含量对土壤光谱的影响 土壤水分即土壤湿度。一般情况下，土壤水分含量与反射率呈反比，甚至可以认为土壤水分含量与反射率之间在一定范围内呈线性关系。 由于各种土壤的持水能力有差异，导致反射率变化对应于湿度变化的灵敏度范围也不同。 一般含水量在10%～ 25% , 反射率变化显著。 而持水性差的土壤, 其灵敏度范围可能小于10%。 当超过田间持水量时, 由于土壤表面膜水层形成镜面反射, 反而会提高反射率。 1.3.1土壤组分的影响 1）土壤水分含量对土壤光谱的影响 在土壤光谱曲线中， 1.45um和1.95um两个波段处有两个强吸收谷； 在0.97um、1.2um与1.77um处有三个弱吸收谷 都是土壤水分子振动的倍频或合频引起的。 1.3.1土壤组分的影响 1）土壤水分含量对土壤光谱的影响 总体讲： 随着土壤含水量的提高，任意波长的反射率均会降低，而且其差异随波长的增加而加大； 但当土壤含水量超过田间持水量时，由于土壤表面膜水层形成镜面反射，反而会提高反射率。 因此, 尽可能应用近红外波段来估计土壤水分含量。 2）土壤矿物成分对土壤光谱的影响 土壤矿物成分是土壤固相物质之一，是土壤的主要组成物质，构成了土壤的“骨骼”。 土壤矿物质基本来自岩石风化形成的成土母质，对土壤的