基于高光谱技术的黑土地微量金属元素探测方法及地学意义

摘要

在土壤中重金属含量较低的情况下,重金属的高光谱特征响应非常微弱,不易构建精确的高光谱直接反演模型.为了解决上述问题,依据土壤化学变量间的理化性质,将重金属富集特征转移到与之相关的化学主量元素上,使重金属微弱的信息得以间接定量反演.文中以海伦市黑土土壤为研究对象,通过主成分分析、 聚类分析确定了主量元素氧化铁(Fe2O3)与微量重金属As、Zn、Cd之间存在明显吸附赋存关系.选用偏最小二乘法构建了研究区氧化铁含量的最佳反演模型(决定系数为0.704,均方根误差为0.148,F检验为12.732),并利用氧化铁与As、Zn、Cd之间的赋存关系,通过神经网络构建了氧化铁预测值与重金属真实值间的非线性拟合模型,得出As含量的拟合程度最高,Zn的拟合程度较好,Cd的拟合效果较理想,总体相关性分别为0.796、0.732、0.530.研究结果表明,基于氧化铁含量的间接预测模型能对微量重金属As、Zn、Cd进行较好的定量预测,为微量重金属含量的定量分析提供了新的方法参考,为高光谱遥感技术预测土壤重金属含量提供了依据,增强了土壤微量重金属反演可行性,对细化自然资源质量监测、 深化开展地学系统综合分析与评价有重要意义.