土壤盐分遥感反演研究进展

土壤盐渍化是盐分(以溶解性盐分为主)在土壤中不断累积的过程，常见于我国干旱半干旱和海涂区。盐分累积通常伴随水分运移同步发生，与土壤盐渍化相关的水盐运移过程包括海水洪泛、海水渗漏和地下水补给等。在干旱半干旱区，不合理的灌溉措施导致地下水水位抬升，进一步导致土壤次生盐渍化。当土壤中的盐分达到较高的浓度时，则对农业生产造成负面影响。

自上世纪70年代以来，在地面采样数据的支持下，卫星遥感技术为长时间序列土壤盐分分级制图、定量反演和动态监测提供了全新的手段。在汉斯出版社《土壤科学》期刊中，有论文以可见光近红外遥感为主，兼顾热红外和微波遥感，重点介绍我国典型土壤盐渍化区域遥感土壤盐分的主要方法，提出遥感土壤盐分的发展方向。

遥感反演的基础是电磁波与介质之间的相互作用。用于土壤盐分遥感反演的电磁波谱以可见光近红外波段为主，近年来，热红外和微波波段也被用于土壤盐分反演。在可见光近红外波段，土壤盐分存在若干特征吸收区域，在连续光谱上表现为显著的吸收峰。研究发现，盐渍化土壤的发射率随含盐量的变化而变化，当土壤盐分增加时，发射率随之增大。发射率增加意味着反射率降低，在可见光近红外和热红外波段，土壤盐分均与反射率成反比关系。

可见光近红外遥感是土壤盐分反演的主要手段。可见光近红外遥感影像具有“所见即所得”的特点。最初的土壤盐渍化研究以目视解译为主，通过图像变换、三波段彩色合成等方案突出盐渍化土壤，结合野外经验区分盐渍化和非盐渍化土壤。随后，最大似然分类、光谱角制图、支持向量机、决策树分类等监督分类算法广泛应用于区分非盐渍土、轻度、中度和重度盐渍化土壤。

与多光谱遥感相比，高光谱遥感具有更高的光谱分辨率，更窄的光谱波段，对应海量的数据和更精细的地物光谱特征。指标法和统计回归是高光谱遥感土壤盐分的主要方法。高光谱数据能够揭示众多与土壤盐分成份相关的吸收峰。

自上世纪80年代以来，卫星遥感(以可见光近红外遥感为主)在土壤盐分反演中扮演了重要的角色，区域土壤盐分制图取得了丰硕的成果。与此同时，实时高精度、历史长时间序列的土壤盐分数据获取仍存在一系列亟待解决的问题。随着遥感技术和计算机建模技术的发展，未来土壤盐分遥感存在如下发展方向：无人机技术的应用，微波遥感土壤盐分，土壤剖面盐分估算，长时间序列土壤盐分反演。

在气候变化和人类活动的影响下，土壤盐渍化和次生盐渍化已经成为全球土壤退化的主要形式。基于遥感技术追踪土壤盐渍化的历史变化、提前预警土壤盐渍化的发展趋势，对于土壤盐渍化防治具有重要的现实意义。

自上世纪70年代以来，以Landsat和Hyperion为代表的卫星遥感数据在土壤盐渍化分级分类、定量反演和动态监测方面发挥了重要作用。在定量反演方面，发展了指数法、特征空间法、统计分析和机器学习等方法，大大提高了土壤盐渍化制图的精度。未来可借助无人机遥感、微波遥感等手段提高土壤盐分反演的精度和频率，借助土壤水动力模型提高土壤剖面盐分的估算精度，基于历史遥感数据开展长时间序列土壤盐分的反演和土壤盐分变化的驱动机制研究。

文章来源：https://doi.org/10.12677/HJSS.2020.84029