粮食主产区耕地土壤重金属高光谱综合反演模型-农业机械学报.pdf

２０１７年 ３月 农 业 机 械 学 报 第 ４８卷 第 ３期 ｄｏｉ：１０．６０４１／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００１２９８．２０１７．０３．０１９ 粮食主产区耕地土壤重金属高光谱综合反演模型 １ １ １ ２ ３ 张秋霞　张合兵 　张会娟 　王新生 　刘文锴 （１．河南理工大学测绘与国土信息工程学院，焦作 ４５４０００；２．河南科技学院生命科技学院，新乡 ４５３００３； ３．华北水利水电大学资源与环境学院，郑州 ４５００４６） 摘要：粮食主产区的耕地土壤重金属污染已成为影响粮食安全和人居环境安全的突出问题。高光谱遥感技术为快 速高效获取土壤重金属含量提供了新的途径，也为土壤总金属污染的监测和防治提供了技术保障。以河南省粮食 主产区新郑市为研究对象，共采集 １９１个耕地土壤样品，利用Ｒａｎｋ ＫＳ法划分为１４４个建模集样本和４７个验证集 样本；在室内利用 ＡＳＤＦｉｅｌｄＳｐｅｃ３型地物光谱仪获取土壤高光谱数据，对耕地土壤样品在４００～２４００ｎｍ的光谱反 射率与 Ｃｒ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｐｂ５种重金属元素进行相关性分析，筛选出５种重金属均通过 Ｐ＝００１显著性检验的共用 高光谱特征波段作为反演模型的自变量；采用基于 ＯＬＳ的固定影响变系数面板数据模型，对新郑市 １４４个建模集 样本的５种土壤重金属面板数据构建高光谱综合反演模型。结果表明：面板数据模型整体显著，拟合优度较高 ２ （Ｒ ＝０９９３７，Ｆ统计量为 １３６５９４）。模型精度检验 Ｃｕ的相对分析误差为２０４６，Ｐｂ的相对分析误差为３４３２，都 具有较好的预测精度；Ｃｒ、Ｃｄ、Ｚｎ的相对分析误差在 １４～１８之间，具有一般的定量预测能力。面板数据模型通过 一次建模综合反演多种土壤重金属，计算简便、速度快，可以用于新郑市耕地土壤重金属的高光谱快速监测。 关键词：耕地；土壤重金属；粮食主产区；高光谱；综合反演模型；面板数据模型 中图分类号：Ｓ１５１９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００１２９８（２０１７）０３０１４８０８ ＨｙｂｒｉｄＩｎｖｅｒｓｉｏｎＭｏｄｅｌｏｆＨｅａｖｙＭｅｔａｌｓｗｉｔｈＨｙｐｅｒｓｐｅｃｔｒａｌＲｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ ｉｎＣｕｌｔｉｖａｔｅｄＳｏｉｌｓｏｆＭａｉｎＧｒａｉｎＰｒｏｄｕｃｉｎｇＡｒｅａｓ １ １ １ ２ ３ ＺＨＡＮＧＱｉｕｘｉａ　ＺＨＡＮＧＨｅｂｉｎｇ　ＺＨＡＮＧＨｕｉｊｕａｎ　ＷＡＮＧＸｉｎｓｈｅｎｇ　ＬＩＵＷｅｎｋａｉ （１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＳｕｒｖｅｙｉｎｇａｎｄＬａｎｄｉｎｇＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｎａｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉａｏｚｕｏ４５４０００，Ｃｈｉｎａ ２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＬｉｆｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＨｅｎａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉｎｘｉａｎｇ４５３００３，Ｃｈｉｎａ ３．ＳｃｈｏｏｌｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５００４６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓｐｏｌｌｕｔｉｏｎｉｎｃｕｌｔｉｖａｔｅｄｓｏｉｌｓｏｆｍａｉｎｇｒａｉｎｐｒｏｄｕｃｉｎｇａｒｅａｓｈａｓｂｅｃｏｍｅａ ｐｒｏｍｉｎｅｎｔｐｒｏｂｌｅｍａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆｆｏｏｄａｎｄｌｉｖｉｎｇｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｔｈｅｈｙｐｅｒｓｐｅｃｔｒａｌｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｓｔｈｅｆｒｏｎｔｉｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｐｒ