摘要：土壤高光谱数据量大、波段维数高,存在光谱信息无效、冗余和重叠现象,导致基于全波段构建的土壤有机质含量反演模型不稳定、精度难以提升。因此,探寻筛选关键波长变量的方法,通过滤除干扰、冗余、共线信息,提高模型预测性能,是目前土壤高光谱研究的热点之一。该文对江汉平原公安县的土壤样本进行室内理化分析、光谱测量与处理等工作获取了实证数据,采用无信息变量消除法（uninformative variables elimination,UVE）剔除无效变量,利用竞争性自适应重加权算法（competitive adaptive reweighted sampling,CARS）滤除冗余变量,运用连续投影算法（successive projections algorithm,SPA）消除共线变量,并尝试将不同类型的筛选方法进行耦合筛选关键波长变量,应用偏最小二乘回归（partial least squares regression,PLSR）分别建立土壤有机质含量估算模型,对比各种变量筛选方法的优缺点,最终,构建筛选土壤高光谱数据关键变量的方法体系。研究结果表明,除SPA方法的模型精度低于全波段外,其他6种变量筛选方法的建模效果均优于全波段;在3种单个变量筛选方法中,CARS方法优于UVE、SPA变量筛选方法,能有效地筛选出重要波长变量,其预测集相对分析误差RPD值为2.84;综合比较各种变量筛选方法,发现CARS-SPA方法从全波段2 001个波长中筛选出37个特征波长建立的土壤有机质含量的PLSR模型效果最好,其模型预测集的决定系数R2和相对分析误差RPD值分别为0.92、3.60,所选波段仅为全波段的1.85%。CARS-SPA-PLSR模型简单、预测效果好,可作为该区域土壤有机质含量估测的重要方法,对今后土壤近地传感器设备的开发具有一定的指导作用。

关键词：土壤 有机质 模型 波长 高光谱 

单位：华中师范大学地理过程分析与模拟湖北省重点实验室; 武汉430079; 华中师范大学城市与环境科学学院; 武汉430079; 华中师范大学湖北经济与社会发展研究院; 武汉430079