土壤铜污染光谱特征波段分析、界限浓度划分及含量预测

• 作 者: 付萍杰 杨可明
• 机 构: 中国矿业大学（北京）/煤炭资源与安全开采国家重点实验室
• 出 处: 生态环境学报
• 发表日期: 2018年07期
• 关键词: 土壤铜污染 光谱特征波段 界限浓度 土壤铜含量预测
• 基金项目: 煤炭资源与安全开采国家重点实验室2017年开放基金课题(SKLCRSM17KFA09;SKLCRSM17KFB04);国家自然科学基金项目(41271436)

土壤重金属污染高光谱预测的大部分研究集中在重金属浓度的预测上,但是预测模型精度不高,或精度较高而均方根误差较大。利用土壤Cu污染在538⁸34 nm波段区间的光谱数据检测土壤Cu污染的界限浓度及光谱特征波段区间,并根据界限浓度建立土壤Cu浓度的预测模型。先对土壤Cu污染光谱数据进行一阶导数处理,利用一阶导数距离检测土壤Cu污染的界限浓度及光谱特征波段;再利用经验模态分解（Empirical Mode Decomposition,EMD）和多重分形理论预测土壤Cu污染浓度,旨在为土壤重金属污染的高光谱研究提供依据,精确土壤重金属污染光谱的研究范围,为利用界限浓度建立土壤重金属浓度预测模型提供新思路。结果表明,538⁸34 nm波段区间土壤Cu污染的界限浓度为120¹60μg?g^-1,根据一阶导数距离最大值和多重分形谱参量将土壤Cu污染划分为60¹20μg?g^-1和160⁷40μg?g^-1两个浓度区间,其预测土壤Cu污染的特征波段分别为730⁷60 nm和540⁵90 nm;根据划分的界限浓度,利用土壤Cu污染光谱多重分形谱参量、538⁸34 nm波段区间反射率最大值、一阶导数最大值、及实测土壤含水率、实测土壤有机质含量等参数,分别建立20¹20μg?g^-1和160⁷40μg?g^-1两个浓度区间土壤Cu含量MLR预测模型,R2在0.99以上,RMSE最大为47.3。因此,多重分形谱参量Δα值和一阶导数距离最大值可作为土壤Cu污染界限浓度划分和光谱特征波段提取的依据,其界限浓度为120¹60μg?g^-1,光谱特征波段区间为730⁷60 nm和540⁵90 nm;该文构建的MLR模型可有效预测土壤Cu浓度。