東北地理所在蘇打鹽堿地土壤鹽分遙感監測研究方面取得進展
土壤鹽堿化作為土壤退化的主要形式之一，對全球農業生產力和生態系統功能構成嚴重威脅。目前全球約有10億公頃土地受鹽堿化影響，占地球陸地面積的7%左右。在氣候變化和不合理土地利用的雙重影響下，鹽堿化面積扔將持續擴張。在耕地資源日益緊張的情況下，蘇打鹽堿地仍有較大的開發利用潛力。通過科學改良，蘇打鹽堿土不僅可擴展土地資源，還有望顯著提升區域土地生產力。因此，土壤鹽堿化的高精度監測對于評估其生態影響、指導土壤改良與制定科學的農業管理政策至關重要。
針對該關鍵科學問題，中國科學院東北地理與農業生態研究所微波遙感研究團隊，基于松嫩平原西部春季裸土期的Sentinel-1、Sentinel-2與SDGSAT-1 TIS數據，集成多種機器學習算法，系統解析了鹽堿土的亮溫特征，構建了兩個基于熱紅外波段的鹽分指數（NDTSI與TISI1），進而建立了蘇打鹽堿地區域尺度的土壤鹽分反演模型，系統評估了SDGSAT-1TIS數據在蘇打鹽堿區土壤鹽分估算中的適用性與穩健性，并實現了對研究區土壤鹽分空間格局的高精度制圖。
研究結果表明，SDGSAT-1TIS數據在熱紅外波段具有獨特的光譜響應特性，能夠敏感捕捉鹽堿土的熱輻射特征，顯著提升了土壤鹽分反演模型的精度，其模型表現優于僅使用Sentinel-2光學數據或Sentinel-1/GF-3雷達數據的模擬結果。基于SDGSAT-1 TIS與Sentinel-2協同融合的輸入變量，通過高斯過程回歸（GPR）算法構建的模型實現了最優性能（R2=0.75，RMSE=0.65 dS/m），顯著提升了預測精度與泛化能力。土壤鹽分制圖結果表明，研究區大部分土壤呈現輕度至中度鹽堿化，這對植物生長和農業生產構成了顯著脅迫；不同土地利用類型間的土壤鹽堿化程度呈現顯著差異，其中農田和草原的平均土壤電導率（EC）分別為2.76 dS/m和2.87 dS/m，受鹽堿化影響面積占比分別為47%和49%，以輕度至中度鹽堿化為主；荒地鹽堿化問題更為突出，平均EC高達9.67 dS/m，表現為中度鹽堿化特征。本研究首次系統評估了SDGSAT-1 TIS數據在蘇打鹽堿區土壤鹽分遙感反演中的適用性與穩定性，并實現了高精度鹽分空間格局監測，研究結果不僅為蘇打鹽堿地的科學利用與生態修復提供了理論依據，也為促進農業可持續發展與保障國家糧食安全提供了重要數據基礎。
圖1. 熱紅外波段對不同鹽度水平土壤樣本（n =39）的光譜響應敏感性：(a) 3-15μm范圍內土壤樣本的地面測量亮度溫度；(b) 8-12.5μm范圍內（SDGSAT-1 TIS的光譜覆蓋范圍）土壤樣本的地面測量亮度溫度；(c) 衛星等效亮度溫度與土壤導電率（LnEC）之間的關系；(d)NDTIS與土壤導電率（LnEC）之間的關系；(e)TISI1與土壤導電率（LnEC）之間的關系
圖2. 基于多種機器學習算法在七種輸入變量組合場景下的土壤鹽分反演模型精度比較：(a)決定系數；(b)均方根誤差
圖3. 研究區不同土壤鹽堿度等級的空間分布及其與土地覆被類型的關系：(a) 不同鹽堿度等級的土壤空間分布圖；(b)不同土地覆被類型中各鹽堿度等級的面積占比；(c) 不同鹽堿度等級土壤中各土地覆被類型的面積占比
該研究發表在國際頂級期刊《Remote Sensing of Environment》，由碩士研究生高紫蕊（第一作者）和李曉潔項目研究員、王文娟研究員（通訊作者）等共同完成。該研究得到國家重點研發計劃（2022YFD1500508、2021YFC0305503）、吉林省自然科學基金（YDZJ202201ZYTS550）和東北地理與農業生態研究所黑土保護與利用重點實驗室青年科學家創新基金（2023HTDGZ-QN-02）等共同資助。
論文信息：Gao,Z.R.,Li,X.J.*,Zuo,L.J.,Zou,B.,Wang,B.,Wang,W.J.* Unveiling soil salinity patterns in soda saline-alkali regions using Sentinel-2 and SDGSAT-1 thermal infrared data. Remote Sensing of Environment. 2025,322,114708. https://doi.org/10.1016/j.rse.2025.114708
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