利用生物量累积指数和种植年限监测土壤有机质的方法技术

本发明专利技术公开了利用生物量累积指数和种植年限监测土壤有机质的方法，包括以下步骤：步骤

【技术实现步骤摘要】
利用生物量累积指数和种植年限监测土壤有机质的方法


[0001]本专利技术涉及遥感反演领域，特别是利用生物量累积指数和种植年限监测土壤有机质的方法
。

技术介绍

[0002]土壤有机质是土壤的重要组成部分，影响着土壤形成
、
土壤肥力以及土壤生产力
。
对于农业生态系统而言，土壤质量的高低最终也会影响粮食安全
。
特别是在干旱半干旱地区，生态环境脆弱，土壤荒漠化问题突出，耕地质量的高低直接影响人类的生存
。
土壤有机质作为耕地质量评价的重要指标，实现土壤有机质的监测和可视化对于土壤资源
、
尤其是耕地的开发和保护具有重要意义
。
地面调查和实验室测定是土壤有机质含量信息的最直接获取手段和来源，能精确表示采样点土壤有机质的含量和分布，与传统野外调查方法相比，卫星遥感具有空间范围覆盖广，空间分辨率高
、
时间重返周期短等特点，可以快速提供有关地物的光谱信息，已经逐渐成为土壤有机质监测的重要方法
。
[0003]光学遥感卫星已经被广泛应用于土壤有机质方面的研究，以往的研究多集中使用单一日期
、
多时相遥感数据
。
而单幅影像所提供的信息是静态的，无法反映植被生长的动态变化；尽管多时相能够有效弥补单一时期遥感影像的不足，能够粗略的捕获被观察对象随时间的变化
。
然而，单一日期
、
多时相遥感数据易受雨雪
、
沙尘或云层阴影等外界因素的干扰
。
而时间序列遥感影像数据与单一日期与多时相数据相比，能够以高时间分辨率捕捉被观察对象随时间的变化
。
目前已有研究开始尝试将长时间序列遥感影像用于土壤有机质研究，但在探索长时间序列遥感信息时存在一些不足，这些研究往往忽略了植被生长过程中反复交替的枯枝落叶以及还田秸秆的周年累积效应
。
此外，在农业生态系统中，人类长期且频繁的耕作导致土壤表层大部分时间处于动态变化
。
目前土地利用变量是描述人类活动对耕地干扰的最常用变量，但是对于种植结构单一的区域，土地利用变量往往存在限制
。
如何准确量化人类对耕地土壤的干扰时长
(
即种植年限信息，本专利技术定义种植年限为自然土壤被开发为耕地开始种植作物至研究所需的日期
)
对于土壤有机质估算具有重要意义
。
综上所述，针对植被枯枝落叶和还田秸秆的周年累积效应以及人类活动对耕地的干扰时长，需要对时间序列遥感影像进行时间序列分析，实现高植被覆盖区域表层土壤
(0
～
0.2m)
的有机质含量估算
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供利用生物量累积指数和种植年限监测土壤有机质的方法
。
[0005]具体技术方案如下：
[0006]利用生物量累积指数和种植年限监测土壤有机质的方法，包括以下步骤：
[0007]步骤
S1
：获取待测区域的地面调查数据；
[0008]步骤
S2
：获取待测区域在待估算时期之前的
Landsat
卫星遥感影像历史序列；
[0033](b)
土壤有机质实测值2[0034]图3为实施例中南疆棉田土壤有机质含量分布图
。
具体实施方式
[0035]下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列
。
[0036]在本专利技术的一个较佳实施例中提供了一种利用时间序列遥感影像联合估算高植被覆盖区域
(
通常以农业生态系统为代表
)
土壤有机质含量的方法
。
该方法与其他利用遥感影像估算土壤有机质含量的方法而言，能够进一步挖掘遥感影像所包含的隐藏信息，能够以较高精度估算高植被覆盖区域的土壤有机质含量
。
该方法的具体步骤如下：
[0037]S1:
获取待测区域在待估测时期下对应的地面调查数据；同时获取待估测区域在待估测时期之前的
Landsat
序列卫星遥感影像历史序列
。
[0038]其中，地面调查数据的采集过程中，每个土壤采样点的深度为0～
0.2m。
为了使土壤样品采集点处于
Landsat
影像像元内，规定在
30m
×
30m
的正方形区域内进行土壤样品的采集
。
具体采集步骤为采用五点取样法采集5个土壤样品，最终将5个土壤样品通过四分法混合为一个土壤样品
。
[0039]在本实施例中的
Landsat
卫星遥感影像空间分辨率均为
30m
，但是时间空间分辨率因数据质量等客观原因存在差异，后续需要进行统一
。
[0040]S2:
将
S1
中获取的
Landsat
卫星遥感影像历史序列进行预处理操作，预处理操作包括辐射校正和大气校正以及影像拼接等操作
。
[0041]S3:
对
S2
中获取的
Landsat
卫星遥感影像历史序列的时间分辨率进行规范化处理，得到空间分辨率和时间分辨率均统一的年平均
Landsat
影像数据集
。
在本实施例中，空间分辨率均为
30m
，时间分辨率均为一年
。
对卫星影像进行规范化处理时，主要是对一年中存在的多景卫星遥感的数据进行处理
。
将同一年中所有的
Landsat
卫星遥感影像进行生物量指数的计算，具体计算公式为，其中
NIR
和
R
分别代表遥感影像的近红外波段和红外波段
。
进一步将同一年中经生物量指数计算的遥感影像按年尺度进行生物量最大值合成
。
在具体实现时，遥感影像在年尺度的生物量最大值合成时采用栅格逐像元计算方法，对单幅影像以年为目标时间单位进行分类，对分类至同一年中的所有单幅
Landsat
卫星遥感影像进行生物量指数计算，逐个像元地将同一位置的栅格值选取最大值，即可得到长时间序列
、
空间分辨率为
30m
，时间分辨率为1年的
Landsat
年内最大生物量栅格数据集
。
[0042]S4:
基于
S3
中获得的数据分别计算本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
利用生物量累积指数和种植年限监测土壤有机质的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
S1
：获取待测区域的地面调查数据；步骤
S2
：获取待测区域在待估算时期之前的
Landsat
卫星遥感影像历史序列；步骤
S3
：对
S2
中获取的
Landsat
序列卫星遥感影像历史序列进行预处理操作；步骤
S4
：计算经预处理的单幅
Landsat
序列卫星遥感影像的生物量指数；计算公式为：其中
NIR
为近红外波段，
R
为红外波段；步骤
S5
：以年为时间单位，针对某一具体年内所有
Landsat
序列卫星遥感影像进行年内生物量指数最大值合成；步骤
S6
：基于步骤
S5
中获得的数据分别计算周年最大生物量累积指数和提取代表耕地种植时长的种植年限信息；步骤
S7
：利用周年最大生物量累积指数和种植年限信息并联合多元线性回归模型估算土壤有机质含量
。2.
根据权利要求1所述的利用生物量累积指数和种植年限监测土壤有机质的方法，其特征在于，所述周年最大生物量累积指数的公式为：其中，
AMBAI
...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭杰，王佳文，冯春晖，罗德芳，白子金，
申请(专利权)人：塔里木大学，
类型：发明
国别省市：