[发明专利]一种林地土壤有机碳遥感估测的方法

说明书

技术领域

本发明属于林地土壤估测技术，尤其涉及一种林地土壤有机碳遥感估测的方法。

背景技术

自上世纪50年代研究土壤有机碳以来，土壤有机碳估测方法在不断的改进、提升与完善，主要有植被类型法、土壤类型法、生命带法、模型法等4种类型。其中，土壤类型法要求具备完备、较为完整的土壤理化性质数据(包括土层厚度等)、分布图，在实际操作中难以做到，而且受不同国家土壤分类系统的不统一等因素影响，类型法的估测差异性较大。在人类对社会开发显多元化发展和急剧式变化的影响下，基于植被与土壤类型一一对应的理论假设为基础的生命带法与植被类型法的估测结果带来不确定因素，计算误差也会较大。模型法利用剖面数据实现相似土壤、生态区域土壤碳储量的外推与计算，已发展有相关关系模型、机理过程模型，也有基于实测样本和遥感数据耦合的数学模型，良好地解决尺度转换的技术问题，但由于缺乏大量相关和连续观测的数据，使得模型的参数量化存在不稳定因素，影响估测效果。随着地统计学、空间信息技术(遥感技术、地理信息系统技术)的发展，进一步推动了土壤有机碳尺度性估测与分布的研究，尤其是遥感以空间尺度性和时间动态性的时空技术优势，为资源环境的监测提供了重要技术方法，使得基于野外调查取样的地统计学估测、GIS空间插值估测、遥感尺度性反演等测定方法，成为当前土壤有机碳的常用的测定方法。

应用遥感估算土壤有机碳或其他土壤养分的长期目标是确定和推导植被冠层覆盖下的土壤养分特征，土壤反射光谱包含着丰富的土壤信息，从中可获取土壤有机质含量、氧化铁含量、土壤质地、主导粘土矿物类型等多种有用信息。据此，人们利用遥感技术测定土壤有机碳含量，并取得了一定的成果。但由于林地上的森林覆被物丰富，植被冠层覆盖下的土壤理化性质(例如土壤有机碳、有机质、养分含量和排水类型)不能直接使用卫星或航空影像数据来观测和计算。

到目前为此，利用遥感技术测定土壤有机碳含量或其他土壤养分特征，基本上是基于裸土地或农业用地上的研究和应用。选择合适的替代法是实现基于野外调查样本取样的林地土壤尺度性遥感估测的第一步。当前用于替代法估测土壤有机碳的生态过程模型较多，如何选择适合区域的，通过遥感可较易实现的，是研究实现土壤有机碳的关键技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种林地土壤有机碳遥感估测的方法，旨在借助于遥感与碳循环过程模型，通过替代法思维，实现林地土壤有机碳的的时空领域估测与反演，并解决传统土壤有机碳估测模型中，一些具有空间异质性的模型参数被简化为常数，而降低了估测精度的不足的问题。

本发明是这样实现的，一种林地土壤有机碳遥感估测的方法，包括以下步骤：

S1、在野外林地中取土壤并测定土壤有机碳含量；

S2、利用遥感数据和相关的气象数据，根据碳循环过程CASA模型，提取NPP的空间分布专题信息；

S3、依据生态系统碳循环处于平衡状态，植被净第一性生产力固定的有机碳，与通过土壤异养呼吸释放的有机碳相等的基础理论，即在测算出NPP的基础上，测算土壤基础呼吸，完成区域的土壤基础呼吸空间反演；

S4、利用反演出土壤基础呼吸的空间分布，结合野外所采集实验测定的有机碳含量值进行拟合，构建林地土壤有机碳遥感估测模型。

优选地，所述步骤S1具体为：在野外林地中选择具有代表性的地形和植被条件设采样点，根据分层采样法，在每个样点在剖面深度0～20cm、20～40cm、40～60cm取土壤均匀混合后用重络酸钾氧化-稀释热比色法测定土壤有机碳含量。

优选地，在步骤S2中，所述采用CASA模型用函数定义为：

式(1)中，NPP为植被性第一生产力；PAR光合有效辐射能，是从地表太阳辐射估算得出PAR＝0.5R，R为月平均太阳辐射观测数据；f(NDVI)为基于遥感影像标准化准差值植被(NDVI)的函数；ε^*光能利用率，是具体的常数；g(T)为温度胁迫因子；为水分胁迫因子，两者分别为湿度和温度的函数，表示温度和水分对土壤植被净初级生产力的限制影响。

优选地，所述光合有效辐射能PAR用函数定义为：

PAR＝SOL(x，t)×0.5     (2)

式(2)中，SOL(x，t)是t月份象元x位置的太阳总辐射量(MJ·m^-2)，常数0.5表示能够被植被所利用的光合有效辐射量约占太阳总辐射的一半比例，有效辐射波长大体位于0.4～0.7μm的区间段。

优选地，所述光能利用率ε^*用函数定义为：