高光譜遙感技術在土壤重金屬含量測定領域的應用與發展

2021-01-08 農業環境科學

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來源：《農業環境科學學報》2020 年 12 期

作者：劉彥平，羅晴，程和發*

單位：北京大學城市與環境學院

摘 要

相較傳統的土壤重金屬含量測定方法，利用高光譜遙感技術對土壤重金屬含量進行反演推算更為方便快捷，且能進行大範圍的原位監測，表現出了極大的優勢。

本文旨在針對已有的土壤重金屬含量測定領域高光譜遙感技術應用的相關研究進行綜述，闡述高光譜遙感的技術原理及高光譜遙感技術在土壤重金屬測定領域的應用與發展，宏觀層面把握該領域的研究動向與熱點。

本文總結了土壤中部分重金屬元素的光譜響應特徵波段及與重金屬元素高度相關的土壤組分，從近地傳感高光譜、高空高光譜遙感、低空高光譜遙感3 種技術角度切入，論述了高光譜遙感技術應用於土壤重金屬測定的技術特徵及發展歷程，並展望了高光譜遙感技術的未來發展方向及其在土壤重金屬測定領域的發展趨勢。

發展趨勢與展望：

利用高光譜遙感技術可以建立快速、高效測定土壤重金屬元素含量的定量反演預測模型，為土壤重金屬監測提供有力的技術支撐。經過多年的發展，該項技術取得了長足的進步，理論體系不斷完善，研究體系不斷健全，但仍存在一定局限。

通過對之前相關研究的總結分析，高光譜遙感技術用於測定土壤重金屬含量的相關技術研究主要有以下發展方向：

（1）高光譜遙感技術的基礎理論研究。包括土壤中各類重金屬元素對高光譜遙感的響應機制、重金屬元素與土壤其餘組分之間的關係、重金屬與研究區域內其餘因子（如植被生長狀況）之間的關係等。當前研究主要著眼於模型方面，忽略了高光譜遙感技術相關的基礎理論研究。就目前各研究中得出的結果來看，高光譜遙感技術的理論基礎還不完善，僅依靠實驗數據反推而得的統計方法無法普適於不同環境條件下的定量反演。加強高光譜遙感技術的基礎理論研究，有助於加深了解土壤重金屬元素與高光譜遙感數據間的直接或間接關係，或許可以改變這一困境。

（2）拓展近地傳感高光譜技術的應用範圍。將近地傳感高光譜技術的應用範圍從單純的實驗室環境拓展至複雜的野外環境，可為高空及低空高光譜遙感技術在土壤重金屬測定領域更廣闊的應用提供理論和實踐支持。

（3）廣域波譜融合使用與多種光譜技術協同研究。多光譜融合使用監測或多種光譜技術的協同監測可以有效提升高光譜遙感數據的準確性和可靠性， 有助於將高光譜遙感技術應用於環境更為複雜的研究樣點，以此拓展高光譜遙感技術的應用範圍。

（4）以無人機為載體的低空高光譜遙感技術的研究與應用。關於低空高光譜遙感技術的研究相對較少，將之應用於土壤重金屬含量測定領域將會是未來研究的一大熱點。此外，將低空高光譜遙感技術與高空高光譜遙感及近地傳感高光譜相結合，可以形成天-空-地三體複合的系統性土壤重金屬監測體系。

（5）高光譜遙感技術的多學科交叉研究。就目前研究成果來看，將高光譜技術應用於土壤重金屬監測已具備了一定的可行性，雖仍不足以做到高精度的定量反演，但已可運用到實際監測中。在實際研究中，可以結合高光譜遙感技術與其他學科領域的重金屬相關研究，多學科交叉提升高光譜遙感技術的應用範圍，完善土壤重金屬汙染評價體系。

責任編輯：鄭慶祥

校對和審核：潘淑君 王農

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