為快速高效地估測干旱、半干旱地區(qū)土壤有機質(zhì)(soil organic matter,SOM)質(zhì)量比,提出了一種結(jié)合競爭適應重加權法(CARS)和隨機森林(RF)的估測模型.以內(nèi)陸干旱區(qū)——中國新疆艾比湖流域為研究區(qū),測定土壤高光譜反射率和SOM質(zhì)量比,經(jīng)預處理后,利用CARS對原始光譜R及其一階導數(shù)R’、吸光度log(1/R)及其一階導數(shù)[log(1/R)]’4種光譜變量的可見-近紅外光譜進行篩選,并結(jié)合RF算法,建立全譜段RF模型與CARS-RF模型.結(jié)果表明:基于CARS方法對光譜進行變量篩選后,得出4種光譜變量的優(yōu)選變量集個數(shù)分別為35,26,34和121;在4種光譜變量中,R’和[log(1/R)]’的SOM估測模型精度較高,以[log(1/R)]’為基礎數(shù)據(jù)獲得的模型精度最高; CARS-RF模型精度優(yōu)于全譜段RF模型,模型驗證集決定系數(shù)(R2)、均方根誤差(RMSE)、相對分析誤差(RPD)分別為0.881,6.438 g/kg和2.177.該研究在預處理的基礎上通過變量優(yōu)選,應用較少的變量獲得較高的估測精度,為干旱、半干旱區(qū)SOM高光譜估測提供了適宜高效的方法.

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【部分圖文】：

圖1研究區(qū)位置示意圖

艾比湖位于82°36"—83°50"E,44°30"—45°09"N如圖1所示，地處西北內(nèi)陸，準噶爾盆地西部，南、西、北三面環(huán)山．該地區(qū)干燥少雨，年均降水量僅為100～200mm，潛在蒸發(fā)量高達1500～2000mm，屬于典型溫帶大陸性氣候．區(qū)域內(nèi)典型地帶性土壤為灰漠土、....

圖2土壤樣品SOM統(tǒng)計特征

針對艾比湖流域綠洲、荒漠及交錯帶等典型景觀特征，選取60個具有典型鹽漬化代表的采樣點進行野外采樣，同時利用GPS記錄采樣點位置信息，采樣時間為2017年7月12—26日．各采樣點均采用五點混合法采樣，將5個土樣均勻混合，作為1個樣品，采樣深度為0～10cm．采集的土樣帶回實驗室....

圖3不同SOM質(zhì)量比的土壤反射率及其光譜變換曲線(單位:g/kg)

文中采用CARS方法突出進行變量優(yōu)選，通過反復迭代采樣次數(shù)，比較單個采樣次數(shù)的RMSECV值，直至找到最小的RMSECV值所包含的最優(yōu)變量子集．由于篇幅限制，僅以R的優(yōu)選變量過程為例進行說明．圖4a為光譜變量篩選過程，隨著采樣數(shù)n的增加，被優(yōu)選出的波長變量數(shù)N逐漸減少，整體呈指數(shù)....

圖4CARS方法篩選關鍵變量

圖3不同SOM質(zhì)量比的土壤反射率及其光譜變換曲線(單位:g/kg)2.3RF模型建立與驗證

本文編號：4002244