高光谱遥感技术在土壤重金属含量测定领域的应用与发展

来源：《农业环境科学学报》2020 年 12 期

作者：刘彦平，罗晴，程和发^*

单位：北京大学城市与环境学院

摘   要

相较传统的土壤重金属含量测定方法，利用高光谱遥感技术对土壤重金属含量进行反演推算更为方便快捷，且能进行大范围的原位监测，表现出了极大的优势。

本文旨在针对已有的土壤重金属含量测定领域高光谱遥感技术应用的相关研究进行综述，阐述高光谱遥感的技术原理及高光谱遥感技术在土壤重金属测定领域的应用与发展，宏观层面把握该领域的研究动向与热点。

本文总结了土壤中部分重金属元素的光谱响应特征波段及与重金属元素高度相关的土壤组分，从近地传感高光谱、高空高光谱遥感、低空高光谱遥感3 种技术角度切入，论述了高光谱遥感技术应用于土壤重金属测定的技术特征及发展历程，并展望了高光谱遥感技术的未来发展方向及其在土壤重金属测定领域的发展趋势。

发展趋势与展望：

利用高光谱遥感技术可以建立快速、高效测定土壤重金属元素含量的定量反演预测模型，为土壤重金属监测提供有力的技术支撑。经过多年的发展，该项技术取得了长足的进步，理论体系不断完善，研究体系不断健全，但仍存在一定局限。

通过对之前相关研究的总结分析，高光谱遥感技术用于测定土壤重金属含量的相关技术研究主要有以下发展方向：

（1）高光谱遥感技术的基础理论研究。包括土壤中各类重金属元素对高光谱遥感的响应机制、重金属元素与土壤其余组分之间的关系、重金属与研究区域内其余因子（如植被生长状况）之间的关系等。当前研究主要着眼于模型方面，忽略了高光谱遥感技术相关的基础理论研究。就目前各研究中得出的结果来看，高光谱遥感技术的理论基础还不完善，仅依靠实验数据反推而得的统计方法无法普适于不同环境条件下的定量反演。加强高光谱遥感技术的基础理论研究，有助于加深了解土壤重金属元素与高光谱遥感数据间的直接或间接关系，或许可以改变这一困境。

（2）拓展近地传感高光谱技术的应用范围。将近地传感高光谱技术的应用范围从单纯的实验室环境拓展至复杂的野外环境，可为高空及低空高光谱遥感技术在土壤重金属测定领域更广阔的应用提供理论和实践支持。 

（3）广域波谱融合使用与多种光谱技术协同研究。多光谱融合使用监测或多种光谱技术的协同监测可以有效提升高光谱遥感数据的准确性和可靠性， 有助于将高光谱遥感技术应用于环境更为复杂的研究样点，以此拓展高光谱遥感技术的应用范围。

（4）以无人机为载体的低空高光谱遥感技术的研究与应用。关于低空高光谱遥感技术的研究相对较少，将之应用于土壤重金属含量测定领域将会是未来研究的一大热点。此外，将低空高光谱遥感技术与高空高光谱遥感及近地传感高光谱相结合，可以形成天-空-地三体复合的系统性土壤重金属监测体系。

（5）高光谱遥感技术的多学科交叉研究。就目前研究成果来看，将高光谱技术应用于土壤重金属监测已具备了一定的可行性，虽仍不足以做到高精度的定量反演，但已可运用到实际监测中。在实际研究中，可以结合高光谱遥感技术与其他学科领域的重金属相关研究，多学科交叉提升高光谱遥感技术的应用范围，完善土壤重金属污染评价体系。

责任编辑：郑庆祥

校对和审核：潘淑君  王农