東北地理所在土壤有機(jī)質(zhì)光譜預(yù)測研究中取得進(jìn)展
土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）是重要的土壤理化參數(shù)之一，是土壤安全和土壤肥力的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)。快速、準(zhǔn)確的SOM預(yù)測在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和土地可持續(xù)利用方面起到重要的作用。可見光近紅外光譜被很多研究證明可以有效的預(yù)測和監(jiān)測土壤屬性。光譜微分技術(shù)和數(shù)學(xué)變換等被廣泛應(yīng)用于SOM預(yù)測，得到很高的預(yù)測精度。
光譜特征參數(shù)是對(duì)光譜曲線吸收特征的描述，在土壤屬性預(yù)測和土壤分類中被很多廣泛使用。對(duì)于土壤分類，因不同土壤的理化性質(zhì)差異會(huì)引起土壤在不同波長上的光譜反射差異，光譜特征參數(shù)可以有效的區(qū)分不同土壤類型。但對(duì)于土壤屬性預(yù)測，光譜特征參數(shù)的使用不如光譜微分和數(shù)學(xué)變換普遍，而且使用的光譜特征參數(shù)都是基于包絡(luò)線去除后提取的吸收深度、吸收面積或吸收位置等。本研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于低有機(jī)質(zhì)含量的土壤，隨著SOM含量的變化，在土壤反射光譜曲線上的可見光部分具有較明顯的形狀變化。
基于上述特征，本研究分別以黑龍江三江平原和吉林省農(nóng)安縣為研究區(qū)進(jìn)行采樣分析，從土壤反射光譜曲線的可見光部分提取了兩個(gè)新的光譜特征參數(shù)，曲線的長度（Lc）和曲線下的面積（Ac）（圖1），并構(gòu)建了基于新光譜特征參數(shù)的SOM混合預(yù)測模型。在預(yù)測分析中國土壤樣本的SOM后，將兩個(gè)新光譜特征參數(shù)應(yīng)用于土地利用/土地覆蓋面積框架測量數(shù)據(jù)庫（LUCAS），驗(yàn)證該方法的適用性。研究表明，砂質(zhì)土提取的新光譜特征參數(shù)與SOM具有更高的相關(guān)性；Lc對(duì)SOM預(yù)測的重要性高于Ac；基于新光譜特征參數(shù)的SOM預(yù)測精度和基于光譜微分的SOM預(yù)測精度相似，可以得到R2=0.76和RMSE= 7.43 g kg -1的預(yù)測結(jié)果。研究結(jié)果證明基于反射光譜曲線提取的光譜特征參數(shù)具有較好的預(yù)測精度和空間可移植性，本研究為高光譜影像的SOM制圖提供了參考。
該研究成果發(fā)表在國際期刊Soil & Tillage Research上，中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所王翔博士為第一作者，宋開山研究員為通訊作者。
該研究得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41871257, 42171385）和中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（XDA28050400）共同資助。
論文信息如下：
Xiang Wang, Lin Li, Huanjun Liu, Kaishan Song*, Liping Wang, Xiangtian Meng. Prediction of soil organic matter using VNIR spectral parameters extracted from shape characteristics. Soil & Tillage Research, 2022, 216, 105241. https://doi.org/10.1016/j.still.2021.105241
圖1曲線的長度（Lc）和曲線下的面積（Ac）提取（a為曲線的長度，b為曲線下的面積）
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