[发明专利]一种土壤水分反射光谱特征分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及土壤水分光谱特征分析中如何准确测定土壤含水量与反射率之间相关关系的方法，具体的说是一种土壤水分反射光谱特征分析方法。

背景技术

快速获取土壤水分的时空信息对于农业、水文、地理等领域有重要意义，同时，遥感影像混合像元分解、其他土壤属性遥感监测等均要求了解土壤水分对土壤光谱反射率的影响。土壤光谱反射率是土壤内在理化性质光谱行为的综合反映，因而遥感技术在土壤水分时空信息快速获取方面具有广阔的应用前景。尽管已有研究指出土壤光谱反射率随含水量的增加而减小，或达到一定的含水量反射率变化反向(文献1：Liu W D，Baret F，Gu XF，et al.Relating soil surface moisture to reflectance.Remote Sensing ofEnvironment，2002，81：238-246)，但光谱反射率与土壤水分之间的定量关系还有待进一步的研究。

以往土壤水分光谱反射率研究(文献1；文献2：Michael L W，Lin L，Susan L U.Predicting water content using Gaussian model on soil spectra.Remote Sensing ofEnvironment.2004，89：535-552)中，由于土壤样品的数量有限，土壤水分含量的调配一般采用如下方法：将土样放置于容器中，然后缓缓从容器边缘注入蒸馏水直至土壤达到过饱和状态，在土壤表面的自由水消失后，在土壤风干的过程中一定时间间隔对土壤反射率进行测量，土壤含水量用称重法测定。该方法存在三方面问题：一是由于土样含水量过饱和，该方法人为造成土壤水分对被测土样物理结构的破坏，而事实上，不同含水量土壤的孔隙度等物理属性是不同的，不同物理结构土样的光谱反射率也不同，造成了人为误差；二是土样在干燥的过程中会出现裂缝，影响光谱反射率精度；三是在自然变干的过程中，容器边缘比中心、土壤表层比下部变干的速度更快，容器边缘与中心、土壤表层与下部水分散失不同步，造成局部与整体土壤含水量存在较大差异，此时用称重法得到的含水量与仪器测得土壤表层光谱反射信息存在较大误差，因而此时得到的含水量与其光谱反射率并未准确对应，影响光谱分析结果。

发明内容

本发明的目的是提供一种重复性好，重现性高，并且简单易行的土壤水分反射光谱特征分析方法。本发明实现了土样含水量与土样高光谱反射率之间的精确匹配，能够保证土壤水分反射光谱特征分析结果的准确性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明首先要根据土壤饱和含水量大小确定野外采样重量与含水量调配个数，保证满足含水量调配所需的土样；利用喷出量稳定的喷壶调配土样含水量，而不是传统的滴定法；每个含水量对应一个土样，含水量数值与土样高光谱反射率精确对应，避免含水量不准确或表层土壤水分变化与土体水分含量变化不同步导致的反射光谱特征分析错误；光谱反射率测试前，土样表面利用直尺刮平。

一种土壤水分反射光谱特征分析方法，

1)野外采集待测土壤样品20-50kg，室内将土样风干、研磨、过2mm筛；

2)测定土壤饱和重量含水量(θ_ms)、风干土重量含水量(θ_m0)；

在土样重量含水量1～5％的差值范围内设定一重量含水量间隔(_Δθ)，即_Δθ＝1～5％，进而得到所需调配含水量样本个数n₀，n₀为正整数，其计算方法见公式①，以每份土样300g为基准，称重n₀份风干土样，根据含水量间隔_Δθ进一步确定n₀份风干土样中的每份土样所需加入的水量，确定方法见公式②；

n₀＝MOD[(θ_ms-θ_m0)/_Δθ]            ①

其中，MOD为取整公式；

θ_i＝θ_i-1+(i-1)×_Δθ               ②

其中，i为第i个调配土样，i的取值范围为从1～n₀的正整数，θ_i与θ_i-1分别为第i与i-1个调配土样的含水量，当i＝1时，θ_i-1＝θ_m0；