针对土壤Cd高光谱遥感反演精度低、 特征波段难以有效识别的问题, 以湖南省某典型重金属污染矿区为例, 开展类标准化Cd污染土壤样品和自然污染土壤样品Cd含量高光谱定量反演对比研究。 创新之处主要在于以相对清洁的背景土壤作为内控样本, 通过实验室定量添加Cd标准溶液制备符合自然污染规律的类标准化Cd污染土壤样品方案的提出与对比实验的开展, 研究实验过程还包括自然污染土壤样品野外采集, 类标准化样品与自然样品土壤重金属、 有机质含量及350～2 500 nm光谱反射率等的测定, 光谱全要素主成分逐步回归土壤Cd含量反演建模。 研究发现, 类标准化土壤样品Cd含量高光谱反演模型精度(adjR2=0.87)明显高于野外自然污染土壤样品Cd含量高光谱反演建模结果(adjR2=0.39)。 土壤Cd含量与土壤光谱反射率间确实存在一定的响应关系, 但各光谱波段对土壤Cd含量及其变化产生响应的程度存在差异, 其中1 000, 2 000以及2 300 nm波段光谱响应信号较强。 该研究创新引入的类标准化Cd污染土壤样品制备方法有助于深入探索重金属Cd污染土壤光谱特征响应规律并发现重金属Cd含量及其变化的真正指示性特征波段, 可为多要素混淆污染模式下模拟反演土壤重金属含量提供先验知识。

为探究高光谱遥感手段反演土壤Cu含量方法的可行性, 以湖南省某矿区为例, 利用ASD地物光谱仪和实验室电感耦合等离子发射光谱法测定83个土壤样品350～2 500 nm光谱信号和Cu含量。 在光谱重采样、 一阶/二阶微分、 标准正态变换预处理对比分析基础上, 分别采用主成分分析与相关分析对潜在建模变量进行初步筛选, 运用逐步回归方法确定最终模型变量, 建立土壤Cu含量反演模型, 基于最优模型识别Cu含量光谱指示特征波段。 结果表明, 相对于传统主成分分析方法, 标准正态变换后的光谱全要素主成分分析逐步回归建模方法因保留土壤样品弱光谱信号能有效提升土壤Cu含量估算能力, R2达086, 模型对于预测样本的估计效果较好, 建模样本和预测样本的残差分别为076和129, 且通过F检验; 360～400, 922～1 009, 1 833～1 890与2 200～2 500 nm波段对研究区土壤Cu含量有较好指示性。 研究结果将丰富南方矿区土壤Cu含量估算典型案例, 同时为发展基于高光谱遥感的土壤环境监测手段提供理论支撑。