土壤有機質（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價指標。快速、準確的SOM預測在精準農業(yè)和土地可持續(xù)利用方面起到重要作用。可見光近紅外光譜被很多研究證明可以有效預測和監(jiān)測土壤屬性。光譜微分技術和數(shù)學變換等被廣泛應用于SOM預測，得到很高的預測精度。

光譜特征參數(shù)是對光譜曲線吸收特征的描述，在土壤屬性預測和土壤分類中被廣泛使用。因不同土壤的理化性質差異會引起土壤在不同波長上的光譜反射差異，光譜特征參數(shù)可以有效地區(qū)分不同土壤類型。但對于土壤屬性預測，光譜特征參數(shù)的使用不如光譜微分和數(shù)學變換普遍，而且使用的光譜特征參數(shù)都是基于包絡線去除后提取的吸收深度、吸收面積或吸收位置等。

中國科學院東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所研究人員發(fā)現(xiàn)，隨著SOM含量的變化，低有機質含量的土壤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。該研究分別以黑龍江三江平原和吉林省農安縣為研究區(qū)進行采樣分析，從土壤反射光譜曲線的可見光部分提取了曲線的長度（Lc）和曲線下的面積（Ac）（圖1）這兩個新的光譜特征參數(shù)，并構建了基于新光譜特征參數(shù)的SOM混合預測模型。

圖1 曲線的長度（Lc）和曲線下的面積（Ac）提?。╝為曲線的長度，b為曲線下的面積）

在預測分析中國土壤樣本的SOM后，研究人員將兩個新光譜特征參數(shù)應用于土地利用/土地覆蓋面積框架測量數(shù)據(jù)庫（LUCAS），驗證該方法的適用性。研究表明，砂質土提取的新光譜特征參數(shù)與SOM具有更高的相關性；Lc對SOM預測的重要性高于Ac；基于新光譜特征參數(shù)的SOM預測精度和基于光譜微分的SOM預測精度相似，可以得到R2=0.76和RMSE= 7.43 g kg?1的預測結果。研究證明，基于反射光譜曲線提取的光譜特征參數(shù)具有較好的預測精度和空間可移植性。該研究為高光譜影像的SOM制圖提供了參考。

相關研究成果發(fā)表在Soil & Tillage Research上。研究工作得到了國家自然科學基金項目和中科院戰(zhàn)略性先導科技專項的資助。

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https://doi.org/10.1016/j.still.2021.105241

審核編輯 ：李倩