土壤，是農業(yè)的根基，也是生態(tài)系統(tǒng)的載體。要搞清楚土壤質量，以前要采樣、風干、篩分、做各種化驗，往往幾天才能出結果，而且只能代表某一個點。但現(xiàn)在，地物光譜儀讓這一切變得高效而便捷。

只需一束光、一塊地表，就能看出土壤的“體質”，從有機質含量到土壤類型，從酸堿度到鹽分水平，甚至還能初步評估是否污染。為什么地物光譜儀能做到這一點?本文帶你深入了解。

一、地物光譜儀如何“讀懂”土壤

地物光譜儀通過記錄太陽光照射地面后，土壤反射的不同波長的光強度，繪制出一條完整的土壤反射光譜曲線。不同類型、不同質地、不同成分的土壤，其反射光譜差異顯著，原因主要有：

土壤的顏色、顆粒大小、含水量影響其在可見光和近紅外波段的反射特性;

有機質、鐵氧化物、碳酸鹽等在近紅外和短波紅外區(qū)有特征吸收;

鹽分、水分、黏粒等對特定波段具有吸收/散射效應。

通過識別這些特征波段，地物光譜儀可以反演土壤的多個重要理化參數(shù)。

二、可以監(jiān)測哪些土壤指標？

1. 土壤有機質含量（SOM）

光譜依據(jù)：近紅外區(qū)(1700–2500 nm)多個特征吸收峰;

意義：是衡量土壤肥力和碳儲量的核心指標;

應用：快速評估耕地質量、碳匯能力、施肥基礎。

2. 土壤水分

光譜依據(jù)：1400 nm 和 1900 nm 附近有顯著水分吸收帶;

意義：指導灌溉、監(jiān)測干旱、土壤蓄水能力評估;

優(yōu)勢：相比探針或取樣方法，無損、實時、高時效。

3. 土壤質地（砂/粉/黏）

光譜依據(jù)：反射率總體趨勢+短波紅外的微弱吸收特征;

意義：影響土壤通氣性、持水性與根系生長;

方法：通過光譜與實測粒徑分布回歸建模。

4. 土壤pH與鹽分（EC）

光譜依據(jù)：間接反映——鹽分影響反射率整體形狀和某些特征吸收深度;

意義：高鹽/酸性土壤對作物根系有害;

應用：鹽堿地監(jiān)測、土壤修復評估。

5. 重金屬污染（鉛、鎘、砷等）

光譜依據(jù)：重金屬本身不顯著反射，但其改變了土壤中鐵錳氧化物、黏粒和有機質的結合方式，間接影響光譜;

應用：結合化學分析和機器學習，能輔助識別潛在污染區(qū)域。

三、實際應用場景

1. 農田肥力評價與分區(qū)施肥

農業(yè)科研機構利用地物光譜儀，在大田中測量多點土壤光譜，并結合有機質與氮磷鉀分析，建立土壤養(yǎng)分圖層。農業(yè)管理者可據(jù)此開展變量施肥、提升施肥效率。

2. 土壤退化監(jiān)測

在荒漠化、過度耕作、酸雨影響區(qū)，通過地物光譜儀實現(xiàn)土壤退化的長期動態(tài)監(jiān)控，追蹤地力變化趨勢，提前采取措施。

3. 污染土壤快速普查

在工業(yè)區(qū)周邊或礦山復墾地，光譜測量結合重金屬回歸模型可用于潛在污染土壤篩查，節(jié)省樣品檢測成本，為后續(xù)修復規(guī)劃提供依據(jù)。

4. 遙感影像的地面校準

地物光譜儀還常用于衛(wèi)星遙感的地面真值獲取，提升大尺度土壤遙感反演模型精度，是“空—天—地”多尺度監(jiān)測體系的關鍵一環(huán)。

四、優(yōu)點

優(yōu)點：

快速：幾秒內獲取一條完整光譜曲線;

無損：無需破壞性取樣;

空間覆蓋好：可短時間獲取大量點位;

與AI算法高度適配：利于構建自動化模型。

五、結語

地物光譜儀正將“看天種地”的傳統(tǒng)農業(yè)，帶入以數(shù)據(jù)為依據(jù)的精準農業(yè)新時代。不論是評估土壤肥力、追蹤地力演變，還是識別污染風險，這種高光譜技術都在提供第一手、量化、可視化的數(shù)據(jù)支撐。

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審核編輯 黃宇