[发明专利]基于成像光谱的土壤有机碳含量连续深度分布提取方法

说明书

本发明公开了基于成像光谱的土壤有机碳含量连续深度分布提取方法，涉及计量土壤学技术领域，通过对目标区域采样点中的土壤完整剖面样品和剖面条带样品的采集、处理，得到土壤有机碳含量的范围、完整剖面样品成像的行平均光谱数据、以及剖面条带样品土壤的光谱数据，获得土壤有机碳含量预测模型，进一步提取土壤样品中有机碳含量连续深度分布曲线，进一步得到土壤有机碳含量的分布。通过本发明的技术方案实现了土壤点状反射光谱向面状图像光谱的转变，避免了采样深度间隔较大带来的不足，提供了高空间、高光谱分辨率的土壤剖面精细化数据，为获取土壤有机碳垂直方向连续深度变化特征提供技术支持，极大提高数据的获取能力。

技术领域

本发明涉及计量土壤学技术领域，具体而言涉及基于成像光谱的土壤有机碳含量连续深度分布提取方法。

背景技术

土壤是陆地生态系统中最大的有机碳库，据估算，全球土壤有机碳储量约为1500Pg，是大气碳库的2倍，陆地植被碳库的2～4倍，土壤有机碳以二氧化碳等温室气体的形式向大气释放碳，由此引起的气候变化对人类生存环境和社会经济可持续发展产生巨大影响，通过增加土壤有机碳的固定来减少大气中二氧化碳含量成为一个具有中长期利益的有效措施。因此，土壤有机碳研究不仅是土壤资源可持续利用的重要基础，而且对土壤碳循环与全球气候变化的研究具有重要意义。

土壤有机碳在剖面垂直分布格局的差异影响着土壤碳动态，已成为近10年来土壤碳库研究的一个重要内容，传统的土壤有机碳测定方法存在周期长、成本高、有污染物排放等不足，同时，以发生层/土层或者以一定深度间隔的条带采样方法制约了剖面样本数量，也不能精确地反映有机碳深度分布规律，造成剖面上有机碳估算结果的不确定性，现有的土壤反射光谱技术虽然在进行有机碳测定时具有时间短、成本低、无污染、无破坏等优点，但是仍不足以反演土壤剖面的连续深度分布特征，无法直接实现土壤有机碳的空间制图。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于成像光谱的土壤有机碳含量连续深度分布提取方法，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于成像光谱的土壤有机碳含量连续深度分布提取方法，包括以下步骤：

步骤A、分别在目标区域的各个采样点内采集完整剖面土壤样品，在完整剖面土壤样品的采集深度内采集预设数量的土壤剖面条带样品；

步骤B、分别针对每个采样点采集的各个土壤剖面条带样品，对采集的各个土壤剖面条带样品进行预处理，清除土壤剖面条带样品中的杂物，并将样品自然风干后研磨过筛，测量预处理后的各个土壤剖面条带样品中的土壤有机碳含量，进一步得到目标区域内土壤剖面条带样品的有机碳含量的范围；

步骤C、分别针对每个采样点，采集完整土壤剖面样品的成像光谱数据，形成完整剖面成像，进一步得到完整剖面成像的光谱数据，对完整剖面成像的光谱数据进行预处理，提取完整剖面成像光谱数据的行平均值作为行平均光谱数据，随后按照各个土壤剖面条带样品采样的深度，利用行平均光谱数据，得到不同深度土壤剖面条带样品的光谱数据，进一步得到目标区域内所有的完整剖面土壤样品的行平均光谱数据、以及所有土壤剖面条带样品的光谱数据；

步骤D、基于步骤C中获得的目标区域内土壤剖面条带样品的光谱数据，得到土壤有机碳含量预测模型；

步骤E、基于步骤D中获得的土壤有机碳含量预测模型，结合步骤C中获得的行平均光谱数据，反演土壤完整剖面内不同深度的有机碳含量，得到土壤完整剖面成像中有机碳含量连续深度分布曲线，得到土壤有机碳含量的分布、以及变化规律。

进一步地，前述步骤B中，采用重铬酸钾氧化-外加热法测定剖面条带样品中的土壤有机碳含量，得到剖面条带样品中有机碳含量的范围以及平均值。