基于遥感技术的棉田土壤质量评价研究

论文摘要

新疆是我国主要的产棉区，棉田土壤质量及其评价对生产者和管理者具有重要的意义。本研究利用遥感技术对栅格数据的管理优势，将多时相棉田遥感信息中提取的NDVI等指标与实地获取的棉田理化数据相结合，探索棉田土壤属性信息迅速无损获取的理论依据和研究方法，构建基于遥感技术的棉田土壤质量评价指标体系，并进行评价和检验。拓展了遥感技术在棉田管理方面的应用领域和范围，为棉田管理的信息化提供了新的技术支持。研究利用2009年至2011年的TM数据和HJ卫星数据以及数字化图件、田间实测数据，参考常规土壤质量评价的物理指标、化学指标、生物指标，结合研究区棉田植株生长发育的特点，运用遥感影像分析软件和地理信息系统处理平台，综合使用传统统计学方法、地统计方法、遥感影像处理方法等技术手段（监督分类、相关分析、主成分分析、矢量栅格相互转换等），对获取信息进行充分挖掘，筛选出适合评价棉田土壤质量的指标，构建基于遥感技术的棉田土壤质量评价指标体系，并对棉田土壤质量进行评价，主要研究结果如下：一、通过多种遥感图像分析技术，实现了棉田基本信息的获取，为棉田土壤质量监测奠定了基础。利用不同作物种植类型及其生长发育特点在遥感监测信息上的差别，提取棉田种植区域和面积信息；结合裸土质地样点，实现棉田土壤质地的分类；通过DEM高程数据的分析获得棉田土壤地形状况；并将全国土壤图与研究区卫星数据校正叠加后，提取了研究区土壤类型数据。研究证明用国产遥感影像对棉田土壤质量评价物理指标的获取是可行、有效的。二、研究分析了土壤养分空间变异性和棉花苗期至花铃期的生长状况，利用遥感获取的归一化植被指数NDVI进行密度分割。得到棉田长势分级图，研究表明该分级图能够揭示相应地区棉花的长势状况，并且与土壤有机质、碱解氮含量、速效钾含量、含量在51-63mg/kg范围的速效磷在空间布局上基本一致。根据多时相的NDVI数据能够得到长势持续增加的棉田，并以此作为判断集约化种植措施下棉田土壤质量的依据，为利用遥感技术对棉田土壤质量的监测和评价奠定了理论基础。三、研究表明棉花产量形成关键生育时期的遥感监测指标——植被指数能够用于预测棉花产量，采用多时相指数对棉花产量空间布局进行反演的研究表明，遥感技术获取的植被指数，特别是比值植被指数（RVI）、归一化植被指数（NDVI），不仅与土壤有效氮、有机质等土壤养分具有显著的相关性，而且与棉花单铃重、单产、小区总产具有显著相关性。采用遥感多时相指数能够将棉花产量作为评价棉田土壤质量的关键指标之一，提高利用遥感技术评价棉田土壤质量的科学性和准确性。四、研究构建了基于遥感技术的棉田土壤质量评价体系。该体系利用多时相遥感监测数据与棉花产量、棉田土壤理化性状的相关性，结合常用土壤养分关键指标，通过多种分析方法对棉田土壤质量进行了综合评价，初步构建的棉田土壤质量评价指标体系包括：1、物理指标：作物种植类型、土壤质地、土壤类型以及地形条件；2、化学指标：土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾含量；3生物指标：棉田关键生育时期多时相植被指数、产量。实测数据的检验证实，本研究构建的基于遥感技术的棉田土壤质量评价体系具有快速、精确、便于管理的特点，适合大规模棉田信息化管理的需求。

论文目录

• 缩略词对应表
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 引言
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 土壤质量评价基本概念和原则
• 1.2.2 土壤质量评价指标与方法
• 1.2.3 农田土壤质量信息的遥感监测
• 1.2.4 农田作物长势遥感监测与土壤质量评价
• 1.3 本文研究内容与技术路线
• 1.3.1 论文的选题依据
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 拟解决的关键问题与技术路线
• 第二章 试验设计及基础数据获取
• 2.1 研究区概况
• 2.2 试验设计及基础数据获取
• 2.2.1 卫星遥感数据获取及处理
• 2.2.2 地面样点数据处理方法
• 2.2.3 矢量数据的获取
• 2.2.4 辅助数据获取及预处理
• 2.3 数据处理主要软件平台
• 第三章 基于多光谱遥感数据的棉田种植面积及土壤质地分类
• 3.1 棉田种植面积信息提取
• 3.1.1 研究意义
• 3.1.2 数据获取
• 3.1.3 研究方法与数据分析
• 3.1.4 结果与验证
• 3.1.5 讨论
• 3.2 棉田土壤质地分类信息的遥感获取
• 3.2.1 研究意义
• 3.2.2 数据获取
• 3.2.3 研究方法与数据分析
• 3.2.4 结果与讨论
• 3.3 本章小结
• 第四章 棉田土壤养分空间分布及与棉花长势的关系
• 4.1 土壤养分空间变异状况
• 4.1.1 研究意义
• 4.1.2 数据获取
• 4.1.3 土壤养分含量基本情况
• 4.1.4 土壤养分含量的空间变异分析
• 4.1.5 土壤养分含量的空间分布
• 4.2 土壤养分含量与棉花长势相关分析
• 4.2.1 研究意义
• 4.2.2 数据获取
• 4.2.3 土壤养分与棉花生长相关性分析
• 4.2.4 土壤养分与棉田蕾期至花期长势的空间布局
• 4.3 本章小结
• 第五章 棉田长势、产量的遥感监测
• 5.1 数据获取与分析
• 5.1.1 遥感数据获取
• 5.1.2 产量数据获取
• 5.2 棉田长势指数的多时相多光谱遥感数据提取
• 5.3 棉田长势指数的时间序列变化分析
• 5.4 棉花产量与植被指数的关系
• 5.4.1 基于植被指数的产量估测模型
• 5.4.2 基于植被指数的产量空间分异
• 5.5 本章小结
• 第六章 基于遥感技术的棉田土壤质量评价
• 6.1 基于遥感技术的棉田土壤质量评价体系
• 6.2 单项指标量化及标准化
• 6.2.1 物理指标
• 6.2.2 化学指标
• 6.2.3 NDVI 及棉花产量指标
• 6.2.4 评价指标权重分配
• 6.2.5 棉田土壤质量的综合评价
• 6.3 评价结果检验
• 6.3.1 土壤质量综合指数法评价
• 6.3.2 土壤质量评价结果检验
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 主要结论与展望
• 7.2 主要创新点
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历
• 导师评阅表