西平县高标准农田Zn含量高光谱反演研究

蔡太义; 王志刚; 杨刘帅; 王群; 黄会娟; 于海洋; 张传忠; 张灿; 刘鹏; 冯玉庆; 贺成龙; 张合兵

文章摘要

蔡太义,王志刚,杨刘帅,王群,黄会娟,于海洋,张传忠,张灿,刘鹏,冯玉庆,贺成龙,张合兵.西平县高标准农田Zn含量高光谱反演研究[J].农业环境科学学报,2022,41(10):2223-2231.

西平县高标准农田Zn含量高光谱反演研究

Hyperspectral inversion model of Zn in high standard farmland soil in Xiping County

投稿时间：2022-08-26 修订日期：2022-09-21

DOI：10.11654/jaes.2022-0851

中文关键词: 高标准农田高光谱反演偏最小二乘法连续投影算法 Zn

英文关键词: high standard farmland hyperspectral inversion partial least squares continuous projection algorithm Zn

基金项目:国家自然科学基金项目(41671225);河南省重大科技专项(181100110400)

作者	单位	E-mail
蔡太义	河南理工大学测绘与国土信息工程学院, 河南焦作 454000
王志刚	河南理工大学测绘与国土信息工程学院, 河南焦作 454000
杨刘帅	河南理工大学测绘与国土信息工程学院, 河南焦作 454000 自然资源部第四地形测量队, 哈尔滨 150000
王群	河南农业大学农学院/河南省农田生态系统野外科学观测研究站, 郑州 450046
黄会娟	河南理工大学测绘与国土信息工程学院, 河南焦作 454000
于海洋	河南理工大学测绘与国土信息工程学院, 河南焦作 454000
张传忠	河南省土壤调理与修复工程技术研究中心, 河南商丘 476000
张灿	中向旭曜科技有限公司, 江苏无锡 214400
刘鹏	河南省地质局矿产资源勘查中心, 郑州 450053
冯玉庆	河南理工大学测绘与国土信息工程学院, 河南焦作 454000
贺成龙	河南理工大学测绘与国土信息工程学院, 河南焦作 454000
张合兵	河南理工大学测绘与国土信息工程学院, 河南焦作 454000	jzitzhb@hpu.edu.cn

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中文摘要:

为实现高标准农田土壤重金属Zn含量的快速测定，本文以西平县土壤Zn为研究对象，通过采集168个土壤样本进行室内实验，获得土壤高光谱数据（400~2 400 nm）并进行Savitzky-Golay平滑后，利用5种光谱变换，结合连续投影算法识别最佳特征波段，采用偏最小二乘回归方法构建Zn元素最佳反演模型。结果表明：二阶微分（SD）在1 409 nm波段的相关性（-0.502）最大，一阶微分（FD）在2 323 nm波段的相关性（0.491）最大，去包络线（CR）在2 439 nm波段的相关性（0.476）最大；倒数对数（LOG）、一阶微分、二阶微分、平滑曲线（SG）、去包络线的拟合度（R²）在0.65~0.70之间，相对分析误差（RPD）处于1.71~2.29之间，其中去包络线的拟合度（R²=0.70、RPD=2.29）最高。经过5种光谱变换后的光谱反射率可有效突出光谱反射率的变化特征，并用于构建反演模型；土壤重金属Zn的最佳模型是以去包络线光谱变换为最佳偏最小二乘模型。

英文摘要:

To rapidly determine the heavy metal Zn content in high-standard farmland soil, we collected and analyzed Zn in soil collected in Xiping County. Through indoor experiments in which 168 soil samples were collected, soil hyperspectral data（400-2 400 nm）were obtained and smoothed using the Savitzky–Golay method. Five types of spectral transformations and continuous projection algorithms were used to identify the best characteristic bands, and the partial least square regression method was used to construct an optimal inversion model of Zn. The correlation of the second-order differential（-0.502）was highest at the 1 409 nm band; the correlation of the first-order differential（0.491）was largest in the 2 323 nm band; and the correlation of the de-envelope（0.476）was the highest in the 2 439 nm band. The fitting degree of a reciprocal logarithm, first-order differential, second-order differential, smooth curve, and de-envelope was 0.65- 0.70, and the residual predictive deviation（RPD）was 1.71-2.29. The de-envelope showed the highest fitting degree（R²=0.70, RPD= 2.29） . The five types of spectral transformation can highlight variations in spectral reflectance and can be used to construct an inversion mode. The best model for soil heavy metal Zn is the de-enveloping spectral transformation, which is a partial least square model.

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