梁 靜 丁建麗，3? 王敬哲 王 飛，3

（1 新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊 830046）（2 新疆大學(xué)綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830046）（3 新疆大學(xué)智慧城市與環(huán)境建模自治區(qū)普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830046）

土壤鹽漬化是世界范圍內(nèi)重要的資源及生態(tài)問(wèn)題，已經(jīng)成為制約區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的主要障礙之一［1-2］。作為國(guó)家重要的農(nóng)墾區(qū)和后備耕地資源的新疆維吾爾自治區(qū)，鹽漬土面積約占全區(qū)耕地面積的33%［3］。而不斷加重的土壤鹽漬化以及隨之而來(lái)的土地荒漠化，不斷威脅新疆的生態(tài)穩(wěn)定和糧食安全［4-5］。因此，及時(shí)并準(zhǔn)確掌握土壤的鹽漬化信息對(duì)于區(qū)域生態(tài)穩(wěn)定、合理防治和配置土地資源至關(guān)重要。傳統(tǒng)的原位調(diào)查方法所需要的人力物力成本高，也只能獲得有限的點(diǎn)狀信息［6］。遙感因其探測(cè)范圍廣、不限于地形和數(shù)據(jù)獲取快等特點(diǎn)，被廣泛用于土壤鹽漬化的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)中［7-8］。

近年來(lái)，光學(xué)遙感與高光譜遙感技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于土壤鹽分的定量估算。Nawar等［9］在埃及El-Tina平原基于土壤反射光譜和電導(dǎo)率（Electrical conductivity，EC）數(shù)據(jù)建立了區(qū)域的鹽分預(yù)測(cè)模型，結(jié)果表明基于MARS（multivariate adaptive regression splines）建立的預(yù)測(cè)模型的精度更高（RPD≥2.00）。Meng等［10］利用Landsat OLI/ETM+影像與土壤EC等數(shù)據(jù)構(gòu)建了多元線性回歸（multivariable linear regression，MLR）模型，并比較了模型在黃河三角洲農(nóng)田和鹽沼景觀上的土壤鹽分定量預(yù)測(cè)能力和尺度轉(zhuǎn)換能力。Wang等［11］基于室內(nèi)測(cè)量土壤光譜數(shù)據(jù)和鹽分?jǐn)?shù)據(jù)，結(jié)合HJ-CCD和Landsat 8 OLI遙感影像建立土壤含鹽量估測(cè)模型，并用Bootstarp-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法來(lái)比較所提出的模型性能。厲彥玲等［12］融合多光譜與高光譜影像結(jié)合原位數(shù)據(jù)進(jìn)行土壤鹽分的預(yù)估，并指出相較于單一影像所構(gòu)建的模型，影像融合技術(shù)能顯著提高土壤鹽分的估算精度（R2≥0.97）。王爽等［13］研究了不同鹽漬土的光譜反射率，優(yōu)選敏感的波段，結(jié)合Landsat TM影像構(gòu)建土壤含鹽量的估算模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)干旱區(qū)綠洲大尺度和高精度的土壤鹽漬化監(jiān)測(cè)。王明寬等［14］以墾利縣為例對(duì)多個(gè)線性和非線性建模方法進(jìn)行比較，結(jié)果表明基于BP（back propagation）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所建立的模型精度最優(yōu)，R2可達(dá)到0.85。土壤鹽漬化的發(fā)生發(fā)展是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，雖然這些基于不同平臺(tái)的遙感數(shù)據(jù)源所建立的土壤鹽分估算模型取得了較為理想的結(jié)果，但這些研究多是依據(jù)某一特定時(shí)期的遙感影像開展的，僅能反映單一時(shí)期的土壤鹽分信息。干旱區(qū)的土壤含鹽量極易受到水分的影響，土壤鹽分在水熱狀況差異極大的干季（9—10月）和濕季（4—5月）變化極為顯著［15-16］。因此，聯(lián)合地面反射光譜與星載多光譜數(shù)據(jù)對(duì)區(qū)域土壤鹽分進(jìn)行定量估算，并探討季節(jié)對(duì)于土壤鹽漬化影響是極為必要的。

新疆位于絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶的核心區(qū)域，集地緣與資源優(yōu)勢(shì)于一身，以三條通道為建設(shè)主線，對(duì)通道沿線的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)均將產(chǎn)生巨大的影響［16-17］。艾比湖橫跨中通道的沿線精河縣和阿拉山口口岸區(qū)，是新疆維吾爾自治區(qū)最大的咸水湖，同時(shí)也是準(zhǔn)噶爾盆地“綠洲-荒漠”生態(tài)系統(tǒng)的共軛演進(jìn)中心，對(duì)氣候和人類活動(dòng)十分敏感，生態(tài)環(huán)境極為脆弱［18］。基于此，本研究選取艾比湖濕地為研究靶區(qū)，聯(lián)合研究區(qū)不同時(shí)期Landsat8 OLI遙感影像，土壤EC數(shù)據(jù)及其對(duì)應(yīng)的室內(nèi)反射光譜數(shù)據(jù)，建立研究區(qū)土壤EC的PLSR（partial leastsquares regression）定量估算模型，并嘗試性地比較干濕兩季的土壤鹽漬化差異，從而為艾比湖地區(qū)土壤鹽漬化的防治和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供技術(shù)支持，并在一定程度上豐富尺度轉(zhuǎn)換等方面的研究。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

艾比湖濕地位于準(zhǔn)噶爾盆地西南緣，是內(nèi)陸干旱區(qū)高鹽湖泊濕地的典型代表，地處天山北麓（44°30′～45°10′N，82°35′～83°50′E），地跨精河縣、博樂(lè)市及阿拉山口口岸區(qū)［18］。研究區(qū)三面環(huán)山，地勢(shì)西北高東南低，西北部受阿拉山口影響，全年8級(jí)以上大風(fēng)可達(dá)165 d。艾比湖地處荒漠帶，屬溫帶大陸性干旱氣候，年平均氣溫8.3 ℃，年平均降水量不足100 mm，年均潛在蒸發(fā)量達(dá)3 400 mm［19］。研究區(qū)以灰漠土、灰棕漠土和風(fēng)沙土為典型土壤。湖水面積逐年縮減，伴隨著地下水位下降和土壤含鹽量的增加，鹽漬化過(guò)程進(jìn)一步增強(qiáng)［20］。同時(shí)，受自然因素和人為活動(dòng)雙重作用使得艾比湖的鹽漬化現(xiàn)象十分普遍，嚴(yán)重危害當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活［19］。

1.2 樣品采集與處理

研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)艾比湖濕地的生態(tài)景觀特征，選取有代表性的綠洲、荒漠及交錯(cuò)帶等景觀布設(shè)樣地，在2016年5月（n= 57）及2016年9月（n=90）進(jìn)行土壤樣品的采集，樣點(diǎn)位置如圖1所示。樣品采集前，用GPS記錄樣地的位置，5點(diǎn)混合法采集土樣，采樣深度為0～10 cm，共計(jì)147個(gè)土壤樣品。待土壤樣品自然風(fēng)干后去除雜質(zhì)（草根，石塊等），過(guò)2 mm（10目）孔篩備用。土壤EC的測(cè)定采用德國(guó)Wissenschaftlich Technische Werkst?tten公司生產(chǎn)的Cond 7310土壤測(cè)試儀在土壤懸濁液（水土比5∶1）中進(jìn)行。利用美國(guó)ASD（Analytical Spectral Devices）公司生產(chǎn)的ASD Field Spec3（波譜范圍350～2 500 nm） 光譜儀室內(nèi)采集土壤反射光譜數(shù)據(jù)。測(cè)量時(shí)在暗室內(nèi)操作，光源為50W鹵化燈，探頭視場(chǎng)角為25°，將過(guò)篩后土樣置于鋁盒內(nèi)，用直尺刮平土樣，每個(gè)樣點(diǎn)重復(fù)采集5次光譜曲線。土壤反射光譜數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行Savitaky-Golay濾波以去除噪聲并對(duì)光譜曲線進(jìn)行平滑，然后取均值作為該土樣的土壤光譜［18］。

圖1 研究區(qū)位置及采樣點(diǎn)分布Fig. 1 Distribution of the sampling sites（n = 147）and the location of the study area

1.3 遙感影像獲取及預(yù)處理

結(jié)合采樣時(shí)間和云量（＜10%），本文選取2016年5月21日和2016年9月10日的Landsat8 OLI影像，數(shù)據(jù)來(lái)源于美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（United States Geological Survey，USGS http://glovis.usgs.gov/），行列號(hào)為146/29，數(shù)據(jù)等級(jí)為L(zhǎng)IT，空間分辨率為30 m。7個(gè)波段中心波長(zhǎng)分別為0.443 0 μm（Coastal波段）、0.482 6 μm（藍(lán)色波段）、0.561 3 μm（綠色波段）、0.654 6 μm（紅色波段）、0.864 6 μm（NIR波段）、1.609 0 μm（SWIR1波段）和2.201 0 μm（SWIR2波段），數(shù)據(jù)描述信息詳見文獻(xiàn)［21］。在ENVI 5.3中完成Landsat8 OLI影像的輻射定標(biāo)、大氣校正、幾何校正等預(yù)處理工作。

1.4 土壤鹽度指數(shù)獲取及計(jì)算

光譜指數(shù)與土壤表層屬性關(guān)系極為密切，是一種監(jiān)測(cè)土壤鹽漬化程度的有效指征［22］。因此，本研究在梳理前人研究及相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，選取歸一化鹽分指數(shù)（Normalized Difference Salinity Index，NDSI）、鹽分指數(shù)（Salinity Index，SI）、鹽分指數(shù)1（Salinity Index，SI1）、鹽分指數(shù)2（Salinity Index，SI2）、鹽分指數(shù)3（Salinity Index，SI3）、鹽分指數(shù)S1（Salinity Index，S1）、鹽分指數(shù)S2（Salinity Index，S2）、鹽分指數(shù)S3（Salinity Index，S3）、鹽分指數(shù)S5（Salinity Index，S5）、鹽分指數(shù)S6（Salinity Index，S6）、強(qiáng)度指數(shù)1（Intensity Index 1，Int1）、強(qiáng)度指數(shù)2（Intensity index 2，Int2）和綜合光譜響應(yīng)指數(shù)（Combined Spectral Response Index，CoSRI）共13種土壤鹽分指數(shù)和影像的7個(gè)波段作為建模因子表征土壤鹽漬化信息（表1）。土壤鹽度指數(shù)計(jì)算及采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)反射率數(shù)據(jù)的提取均基于遙感影像在ENVI 5.3中完成。

1.5 建模和驗(yàn)證

PLSR是一種常用的、具有主成分分析的多元回歸方法［23,25］。為量化模型的擬合能力，決策標(biāo)準(zhǔn)采用均方根誤差（Root mean square error，RMSE）、決定系數(shù)（Coefficient of determination，R2）和相對(duì)分析誤差（Ratio of performance to deviation，RPD）。PLSR在MATLAB R2012b軟件中實(shí)現(xiàn)。基于室內(nèi)測(cè)量土壤反射光譜數(shù)據(jù)，可以直接用于干旱區(qū)遙感影像的土壤鹽分估算［26］。本研究利用實(shí)驗(yàn)室獲得的土壤反射光譜數(shù)據(jù)，利用ENVI 5.3中的波譜重采樣工具將其重采樣，使之與Landsat 8 OLI影像的波段相匹配。然后分別提取采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)Landsat8 OLI遙感影像7個(gè)多光譜波段和土壤鹽分指數(shù)的數(shù)值，結(jié)合室內(nèi)實(shí)測(cè)土壤EC數(shù)據(jù)建立PLSR模型。研究區(qū)147個(gè)采樣點(diǎn)的EC數(shù)據(jù)按值從大到小排序，等間距選取98個(gè)樣本作為訓(xùn)練集，其余的49個(gè)樣本構(gòu)成驗(yàn)證集，分別用于模型的建立及精度的驗(yàn)證。其中，模型的R2越接近1模型的穩(wěn)定性越高；RMSE越小模型的預(yù)測(cè)能力越強(qiáng)精度也越高；RPD大于2.0時(shí)表明模型具有較高的預(yù)測(cè)能力［11］。

表1 土壤鹽分指數(shù)Table 1 Selected soil salinity indices and their mathematical formulas

2 結(jié) 果

2.1 土壤EC的統(tǒng)計(jì)分析及其與鹽分指數(shù)的相關(guān)性

艾比湖濕地濕季土壤樣本的EC平均值為23.90 mS·cm-1，大于干季土壤樣本的EC平均值（11.62 mS·cm-1）。干濕兩季的變異系數(shù)分別為94.29%和74.14%，均屬于中等變異強(qiáng)度。所選取的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集（0.11～64.60 mS·cm-1）和驗(yàn)證數(shù)據(jù)集（0.03～59.80 mS·cm-1）的EC平均值分別為16.52 mS·cm-1和16.93 mS·cm-1。訓(xùn)練集和驗(yàn)證集的數(shù)據(jù)分布均保持了和研究區(qū)全部樣本土壤EC相似的統(tǒng)計(jì)分布，避免了在模型校準(zhǔn)和驗(yàn)證中的潛在偏估計(jì)。

表2 研究區(qū)土壤樣品的EC統(tǒng)計(jì)特征Table 2 Statistics of EC of the soil samples collected from the Ebinur Lake wetland /（mS·cm-1）

基于預(yù)處理后的Landsat8 OLI影像計(jì)算土 壤鹽分指數(shù)，然后根據(jù)樣點(diǎn)數(shù)據(jù)的地理位置提取鹽分指數(shù)上相應(yīng)點(diǎn)的信息，采樣點(diǎn)的EC與鹽分指數(shù)之間的相關(guān)性見表3。結(jié)果表明，干濕季采樣點(diǎn)的EC與遙感影像的7個(gè)波段和鹽分指數(shù)之間的相關(guān)性均通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。除Band6和Band7外，其余指數(shù)相關(guān)性均在0.01水平下極顯著。

表3 EC與光譜波段及衍生鹽分指數(shù)之間的相關(guān)性Table 3 Correlation coefficients between EC and spectral bands and salinity indices

2.2 Landsat8 OLI數(shù)據(jù)評(píng)估

由于土壤鹽分和土壤EC之間的關(guān)系顯著，土壤含鹽量可用水土質(zhì)量比為5∶1的溶液測(cè)得的EC數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行替代分析。依據(jù)土壤鹽漬化水平分類標(biāo)準(zhǔn)，本研究的土壤樣本可以劃分為以下5類：EC＞ 16 mS·cm-1為鹽土，8～16 mS·cm-1為重度鹽漬化，4～8 mS·cm-1為中度鹽漬化，2～4 mS·cm-1為輕度鹽漬化，0～2 mS·cm-1為非鹽漬化［27］。從圖2中可以看出，室內(nèi)獲取的土壤光譜反射率與從OLI數(shù)據(jù)得到的光譜數(shù)據(jù)之間存在很高的相關(guān)性，并且室內(nèi)測(cè)量的光譜反射率高于OLI影像上相應(yīng)點(diǎn)的光譜反射率值。此外，不同鹽分含量的土壤樣本的光譜曲線走勢(shì)基本一致，但隨著土壤鹽分的增加，土壤光譜反射率基本呈現(xiàn)隨之增加的趨勢(shì)［9］。

圖2 不同EC水平下土壤的室內(nèi)光譜和Landsat8 OLI影像的反射率Fig. 2 In-lab spectra and Landsat8 OLI spectral reflectance of soil samples different in EC level /（mS·cm-1）

2.3 基于PLSR模型的土壤含鹽量估算模型

PLSR模型可以綜合篩選變量信息，使因變量具有最強(qiáng)的解釋能力；在減少噪聲信息干擾的同時(shí)，充分利用所有參與建模的數(shù)據(jù)信息［23］。因此，本研究選取13種土壤鹽分指數(shù)和7個(gè)波段作為建模因子對(duì)兩期數(shù)據(jù)構(gòu)建基于PLSR的土壤EC估算模型。在圖3中，顯示了PLSR模型的回歸系數(shù)分析結(jié)果。各個(gè)變量對(duì)鹽分的敏感程度不同，在模型中的權(quán)重也存在一定差異，其中紅波段（B4）和NIR（B5）波段對(duì)預(yù)測(cè)土壤EC的貢獻(xiàn)最大，其次是鹽分指數(shù)S5，Costal Aerosol（B1），綠波段（B3），鹽分指數(shù)S3，SWIR-1波段（B6）和SWIR-2波段（B7），鹽分指數(shù)Int1、SI1和SI3對(duì)估算土壤EC的貢獻(xiàn)率最低。以上結(jié)果表明，基于波譜重采樣后的光譜數(shù)據(jù)校正后的Landsat8 OLI影像的反射率數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)域土壤EC的定量估算及空間制圖是可行的。對(duì)于艾比湖保護(hù)區(qū)，土壤含鹽量的建模精度和驗(yàn)證精度均較高。預(yù)測(cè)模型的R2為0.89，RMSE為6.99 mS·cm-1，RPD為2.19；模型驗(yàn)證R2為0.91，RMSE為6.48 mS·cm-1，RPD為2.45。土壤EC估算模型建模和驗(yàn)證精度見圖4。

圖3 PLSR模型的回歸系數(shù)Fig. 3 Regression coefficients of the PLSR model

圖4 電導(dǎo)率預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值關(guān)系散點(diǎn)圖Fig. 4 Scatter plot of measured and predicted

2.4 研究區(qū)土壤鹽分的空間分布

聯(lián)合PLSR土壤EC預(yù)測(cè)模型和遙感影像以繪制土壤EC分布圖。從整體變化趨勢(shì)看，以艾比湖水體為中心，自中心到保護(hù)區(qū)外圍邊界，土壤鹽漬化情況不斷減輕，與野外實(shí)際調(diào)查結(jié)果基本一致，說(shuō)明估算模型的效果是可信的。從研究區(qū)北部土石區(qū)和水體可以看出，本文所建立的土壤鹽漬化定量估算模型可對(duì)鹽漬土和非鹽漬土極為敏感；從研究區(qū)南部的鹽田的識(shí)別效果極可以再次證明模型的準(zhǔn)確性。

艾比湖生態(tài)脆弱，是新疆及中國(guó)西北部的重要生態(tài)屏障。伴隨著湖濱地區(qū)荒漠化加劇，該地區(qū)已成為中國(guó)西部沙塵暴的主要策源地之一。同時(shí)，干旱區(qū)土壤鹽漬化易受季節(jié)性降水的影響［25］。因此，增強(qiáng)對(duì)區(qū)域年內(nèi)（干濕季）土壤鹽漬化分布及含量狀況的了解對(duì)于區(qū)域的生態(tài)治理與修復(fù)是極為必要的。由表4可知，從2016年5月到2016年10月，艾比湖保護(hù)區(qū)鹽漬土總面積增加了33.4 km2。從濕季到干季，中度鹽土和重度鹽漬土面積分別增加34.5 km2和20.7 km2，輕度鹽漬土、鹽土面積共減少21.8 km2，非鹽漬土面積減少57 km2，水體面積增加23.6 km2。

就整個(gè)保護(hù)區(qū)而言，鴨子灣管護(hù)站以西的地區(qū)干季的土壤含鹽量大于濕季，而鴨子灣管護(hù)站以東則呈現(xiàn)相反的狀況，這與研究團(tuán)隊(duì)野外調(diào)查結(jié)果是相符的。鳥島管護(hù)站西北方向的間歇性干涸湖底干季以鹽土為主，其中間或分布重度鹽漬土，而濕季鹽漬化狀況大幅減輕，重度鹽漬土為主，夾雜非鹽漬土；科克巴斯陶管護(hù)站以北多為非鹽漬土，其他方向主要分布重度鹽漬土和鹽土，相較而言濕季的鹽土斑塊更加破碎；從鹽池橋管護(hù)站、鴨子灣管護(hù)站至其西南部，沿線濕季鹽漬化加重且主要分布鹽土，以西臨近水體附近從干季以鹽土和重度鹽漬土塊狀分布轉(zhuǎn)變?yōu)闈窦镜闹囟塞}漬為主零星分布中度鹽漬土，以東到東大橋管護(hù)站鹽漬化狀況加重從中度、重度鹽漬土為主轉(zhuǎn)變?yōu)橹囟塞}漬土和鹽土為主；東大橋管護(hù)站東南方向小部分區(qū)域由重度鹽漬土轉(zhuǎn)為鹽土（圖5）。

表4 2016年5月至2016年10月艾比湖保護(hù)區(qū)鹽漬化轉(zhuǎn)移矩陣Table 4 Area variation matrix of soil salinity in the studied area from May to October in 2016 /km2

圖5 艾比湖濕地表層土壤EC分布圖Fig. 5 Soil salinity（EC）maps of the Ebinur Lake wetland

3 討 論

已有研究所建立的土壤EC含量定量估算模型，多是基于多光譜影像或高光譜數(shù)據(jù)等單一數(shù)據(jù)源構(gòu)建的。本研究以艾比湖濕地采集的147個(gè)表層土壤為研究對(duì)象，結(jié)合室內(nèi)測(cè)量土壤反射光譜數(shù)據(jù)和遙感影像的反射率數(shù)據(jù)，經(jīng)空間尺度轉(zhuǎn)換后建立了艾比湖濕地土壤EC的估算模型。將兩種不同分辨率的數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合建模，既提升了傳統(tǒng)光學(xué)遙感影像模型的精度，又將高光譜數(shù)據(jù)從孤立的點(diǎn)狀信息擴(kuò)展至像元尺度及區(qū)域尺度上。這對(duì)于發(fā)揮遙感技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是至關(guān)重要的。

室內(nèi)測(cè)量的土壤光譜數(shù)據(jù)的重采樣處理是本研究中的一個(gè)重要步驟。Landsat8 OLI數(shù)據(jù)的光譜反射率與重采樣的光譜波段具有較高的相關(guān)性，這主要與采樣點(diǎn)位于裸土區(qū)域（純凈像元）有關(guān)。其次，研究區(qū)干濕兩季的NDVI均小于0.1，且干濕季降水量的差異較小（＜20 mm），加之區(qū)域極強(qiáng)的蒸散作用，可忽略植被和水分對(duì)遙感影像的干擾，使得室內(nèi)土壤光譜數(shù)據(jù)與影像上的土壤光譜具有高度重疊的現(xiàn)象［28］。但兩者之間仍存在一定的差異，預(yù)處理時(shí)，大氣校正的準(zhǔn)確性會(huì)影響OLI數(shù)據(jù)光譜反射率；在重新采樣時(shí)僅考慮傳感器的光譜分辨率，而忽略了輻射分辨率、空間分辨率、傳感器的幾何形狀和信噪比等其他因素［9］。相較于Nawar等［9］（R2= 0.70，RPD =1.82）和曹雷等［23］（R2= 0.78）建立的土壤EC估算模型，本研究所構(gòu)建的PLSR模型的精度和穩(wěn)定性均得以提升（R2= 0.89，RPD = 2.19）。這可能是因?yàn)榘群母蓾窦就寥篮亢徒邓町愋∏艺舭l(fā)量極高，外界條件對(duì)于地表反射率的影響十分微弱，土壤EC含量和土壤光譜之間的高相關(guān)，并且OLI數(shù)據(jù)的波段對(duì)于土壤鹽分較為敏感［29-30］。本研究所構(gòu)建模型中，紅波段和NIR波段對(duì)土壤鹽分估算模型的貢獻(xiàn)度較高，這與Nawar等［9］的結(jié)果是一致的；但Meng等［10］在黃河三角洲研究區(qū)建立的模型中除了近紅波段外，COSRI指數(shù)對(duì)模型的貢獻(xiàn)度最大，這與本研究中COSRI的貢獻(xiàn)度是相反的。這可能是由于研究區(qū)受人為干擾少，植被覆蓋度低且采樣點(diǎn)多分布在純像元內(nèi)。

艾比湖保護(hù)區(qū)表層土壤的鹽分分布在濕季與干季呈現(xiàn)顯著差異（圖5）。在春季，隨氣溫升高冰雪消融，土壤中的可溶性鹽隨水流動(dòng)使得地表鹽分較為均勻，在蒸發(fā)與地形的影響下鹽分向某一方向聚集，同時(shí)受到來(lái)自阿拉山口的強(qiáng)風(fēng)影響，致使?jié)窦镜闹佧}土和鹽土成塊狀分布在鴨子灣附近。但干季鹽漬土的總面積增加，輕度鹽漬土和鹽土面積的減少，這可能與干季艾比湖湖面積增加、土壤在干燥季節(jié)鹽堿地地下水接近土壤表面時(shí)，和高蒸發(fā)速率導(dǎo)致鹽在土壤表面積聚有關(guān)［25］。艾比湖保護(hù)區(qū)濕季的輕度鹽土和鹽土面積大于干季，且鹽漬土主要分布在艾比湖保護(hù)區(qū)的東南部，及西北部，土壤含鹽量靠近農(nóng)田的區(qū)域土壤含鹽量遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)離農(nóng)田的區(qū)域。雖然Wang等［11］在本研究區(qū)建立的模型精度較高，但樣點(diǎn)數(shù)量較少（n= 44）。本研究在增加樣點(diǎn)數(shù)量的基礎(chǔ)上，幾乎覆蓋了整個(gè)保護(hù)區(qū)的所有地類，同時(shí)為進(jìn)一步揭示土壤鹽漬化的干濕季變化規(guī)律，對(duì)區(qū)域EC的估算結(jié)果進(jìn)行了可視化表達(dá)，獲得了艾比湖區(qū)域土壤EC更為合理的空間分布狀況。此外，為了展示不同鹽漬化程度土壤的空間變化趨勢(shì)，輔以土地利用轉(zhuǎn)移矩陣以定量表達(dá)其變化情況。但受Landsat8 OLI數(shù)據(jù)的空間分辨率（30 m）的限制，單純依據(jù)遙感影像計(jì)算鹽漬化土壤面積空間分布的準(zhǔn)確性可能會(huì)受到制約。

基于遙感技術(shù)的土壤鹽漬化信息提取是以土壤鹽分的光譜反射率為前提的。定量遙感反演的困難之處在于響應(yīng)變量往往不可控［25］。土壤的光譜反射率除了鹽分含量以外，還會(huì)受到礦物成分、質(zhì)地結(jié)構(gòu)、有機(jī)質(zhì)含量及表面粗糙度等理化性質(zhì)的影響。后續(xù)的研究將在探討干濕季對(duì)土壤EC影響的同時(shí)，進(jìn)一步擴(kuò)大樣本數(shù)量以豐富土壤數(shù)據(jù)庫(kù)，并利用長(zhǎng)時(shí)間序列的影像與原位數(shù)據(jù)，以提高模型的泛化能力與準(zhǔn)確性。

4 結(jié) 論

本研究以艾比湖濕地的表層土壤為研究對(duì)象，通過(guò)分析艾比湖保護(hù)區(qū)的Landsat8 OLI數(shù)據(jù)估算土壤鹽分及其波段和光譜指數(shù)與土壤EC之間的關(guān)系，利用147個(gè)表層土壤樣品的室內(nèi)測(cè)量反射光譜數(shù)據(jù)、含鹽量及其電導(dǎo)率數(shù)據(jù)，建立土壤EC含量

PLSR定量估算模型，得出以下結(jié)論：艾比湖保護(hù)區(qū)土壤鹽漬化較為嚴(yán)重，濕季土壤樣本EC含量的平均值高于干季?；贚andsat8 OLI遙感影像結(jié)合室內(nèi)實(shí)測(cè)光譜數(shù)據(jù)建立PLSR模型估算土壤鹽分模型具有較好的精度。從2016年5月至2016年9月，艾比湖保護(hù)區(qū)中度鹽漬土和重度鹽漬土面積增加，輕度鹽漬土、鹽土面積減少。