文献类型: 中文期刊
作者: 李明丽 1 ; 温彩运 1 ; 马东豪 2 ; 李存军 3 ; 王宇文 1 ; 康璐 1 ; 陆苗 1 ;
作者机构: 1.北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室(中国农业科学院农业资源与农业区划研究所)
2.中国科学院南京土壤研究所/土壤与农业可持续发展重点实验室
3.北京市农林科学院信息技术研究中心
关键词: 土壤盐分;光谱变换;特征波段选择;相关性分析;最小角回归;竞争性自适应重加权采样
期刊名称: 中国农业科学
ISSN: 0578-1752
年卷期: 2025 年 58 卷 020 期
页码: 4054-4069
收录情况: 北大核心 ; CSCD
摘要: [目的]土壤盐渍化导致土壤结构恶化、作物减产及生态系统退化,是威胁干旱区农业可持续发展的关键环境问题.本研究旨在利用光谱变换、波段筛选以及多种机器学习方法,构建土壤盐分预测模型,快速、准确地预测土壤盐分,为盐渍化农田的科学管理提供技术支撑.[方法]以达拉特旗农田土壤为研究对象,系统采集土壤样品并测定其电导率(EC)与光谱反射率数据.首先,采用Savitzky-Golay(S-G)滤波对原始光谱(R)进行平滑去噪,在此基础上系统开展包括倒数、对数、一阶微分、二阶微分等在内的12种光谱变换处理,以挖掘隐含光谱特征.进而,分别采用相关性分析(CA)和最小角回归(LAR)方法进行特征降维,并结合竞争性自适应重加权采样(CARS)算法进一步筛选敏感特征波段.最后,基于优选特征分别构建偏最小二乘回归(PLSR)、支持向量机(SVM)、反向传播神经网络(BPNN)和随机森林(RF)模型,通过决定系数(R2)和均方根误差(RMSE)综合评价模型性能,对比特征集在不同算法中的建模效果.[结果]原始光谱经过光谱变换后,相关系数均有不同程度的提升,表明光谱变换能显著增强土壤盐分与光谱特征的相关性;在使用竞争性自适应重加权采样进行特征波段优选时,最小角回归比相关性分析具有更好的特征降维效果;倒数对数一阶微分(ATFD)结合偏最小二乘回归模型表现最优,其验证集精度为R2=0.81、RMSE=2.04 dS·m-1;不同建模方法对比显示,偏最小二乘回归模型的预测性能优于其他3种模型(反向传播神经网络/随机森林/支持向量机),表明偏最小二乘回归模型更适合该区域土壤盐分的预测.[结论]基于ATFD-LAR-CARS-PLSR的土壤盐分高光谱预测模型精度高、预测能力最优,证实了高光谱技术结合多维度特征优化可有效实现干旱区土壤盐分预测.
- 相关文献
[1]光谱变换和光谱分辨率对土壤有机质含量估测精度的影响. 张霄羽,姚艳敏,颜祥照. 2023
[2]不同滴灌方式对棉田土壤盐分的影响. 宰松梅,仵峰,温季,韩启彪. 2011
[3]矿化度对均质土壤毛管水上升特性与土壤盐分的影响. 王峰,姚宝林,孙三民,王兴鹏. 2017
[4]微咸水灌溉利用的综合调控技术研究. 李志杰,马卫萍,刑文刚,安文钰,李守正. 2001
[5]秸秆还田对微咸水补灌的土壤盐分抑制及作物产量的影响. 许建新,孙文彦,李燕青,段梅堂,李志杰,尹红娟. 2012
[6]基于SPA和PLS的南疆绿洲区土壤盐分的近红外光谱分析. 张楠楠,张晓,施明登,范泽华,王涛,白铁成. 2018
[7]青岛市设施蔬菜施肥现状与土壤养分状况. 高峻岭,宋朝玉,黄绍文,张守才,唐继伟,李祥云,张淑霞,孙兆法. 2011
[8]黄淮海平原古黄河背河洼地水盐环境参数变化研究. 王和洲,齐学斌,樊向阳. 2006
[9]微咸水灌溉条件下土壤残膜对棉花出苗率与土壤盐分影响研究. 朱珠,姚宝林,李男,蔡桂香,韩其晟. 2021
[10]我国主要菜区耕层土壤盐分总量及离子组成. 黄绍文,高伟,唐继伟,李春花. 2016
[11]盐渍土麦秸还田效应研究初探. 严慧峻,魏由庆,左余宝,马卫萍,张锐,安文钰. 1993
[12]黄淮海平原土壤盐渍化状况的数值分类. 白由路,李保国. 2001
[13]咸水结冰灌溉对盐化潮土盐基离子剖面迁移规律的影响. 车升国,林治安,赵秉强,左余宝,夏雪. 2011
[14]盐分和底物对黄河三角洲区土壤有机碳分解与转化的影响. 李玲,仇少君,檀菲菲,杨红军,刘京涛,陆兆华. 2013
[15]海冰水灌溉配合农艺措施对棉田土壤水盐动态的影响. 蔡典雄,胡育骄,赵全胜,郑妍,武雪萍,吴会军,左余宝,王小彬,华珞. 2010
[16]沿黄井渠结合灌区作物适宜灌水模式研究. 乔冬梅,齐学斌,张现超,胡艳玲,李平,黄仲冬,梁志杰. 2015
[17]不同井渠配比灌水模式对土壤盐分及冬小麦生长发育的影响. 张现超,乔冬梅,齐学斌,郭魏,周媛,肖亚涛. 2015
[18]不同滴灌形式对棉田土壤理化性状的影响. 宰松梅,仵峰,范永申,温季,韩启彪,孙浩. 2011
[19]麦田不同灌水模式对夏玉米生长发育及土壤盐分影响的后续效应研究. 张现超,乔冬梅,齐学斌. 2014
[20]从黄淮海平原水盐均衡谈土壤盐渍化的现状和将来. 魏由庆. 1995
作者其他论文 更多>>
-
基于无人机影像分层建模的土壤深层盐渍化空间预测
作者:雷鸣阔;查燕;王丽;程钢;温彩运;尹作堂;陆苗
关键词:无人机遥感;土壤盐渍化;深度;混合模型;随机森林;克里金插值;盐分预测
-
基于分数阶微分和无人机高光谱指数优选的油菜产量预测
作者:马瑜蔓;段博;徐宾灿;邹冉;石宇辰;余强毅;史云;陆苗;吴文斌;宋茜
关键词:油菜;产量;高光谱影像;分数阶微分;无人机;光谱指数
-
融合作物类型的土壤盐分遥感反演方法研究
作者:张胜男;陆苗;温彩运;宋英强;康璐;沈军辉;杨民志
关键词:土壤盐渍化;多光谱遥感反演;机器学习
-
基于样本与识别算法差异的耕地地块遥感识别结果分析
作者:马瑜蔓;归晓谦;王淇锋;汪彩华;余强毅;吴文斌;陆苗;宋茜
关键词:耕地;地块识别;样本;识别算法;识别精度
-
一种耦合边缘检测算子的多尺度自适应分割方法
作者:赖林潇;陆苗;陈德超;温彩运
关键词:耕地地块提取;多尺度分割;Canny算子;最优分割尺度
-
不同SNP等位基因初始频率下家畜保种群体的基因组遗传多样性
作者:王孝义;杨永立;胡伟;朱怡轩;李明丽;陈强;鲁绍雄
关键词:家畜保种群体;基因组;SNP;基因频率;遗传多样性
-
作物遥感估产方法对比及一致性评价
作者:吴清滢;谭忠昕;余强毅;汪彩华;宋茜;陆苗;吴文斌
关键词:作物遥感估产;对比实验;一致性分析;遥感经验模型




