土壤，是農(nóng)業(yè)的根基，也是生態(tài)系統(tǒng)的載體。要搞清楚土壤質(zhì)量，以前要采樣、風(fēng)干、篩分、做各種化驗(yàn)，往往幾天才能出結(jié)果，而且只能代表某一個(gè)點(diǎn)。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(zhì)”，從有機(jī)質(zhì)含量到土壤類型，從酸堿度到鹽分水平，甚至還能初步評(píng)估是否污染。為什么地物光譜儀能做到這一點(diǎn)?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(guò)記錄太陽(yáng)光照射地面后，土壤反射的不同波長(zhǎng)的光強(qiáng)度，繪制出一條完整的土壤反射光譜曲線。不同類型、不同質(zhì)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(jiàn)光和近紅外波段的反射特性;

有機(jī)質(zhì)、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(duì)特定波段具有吸收/散射效應(yīng)。

通過(guò)識(shí)別這些特征波段，地物光譜儀可以反演土壤的多個(gè)重要理化參數(shù)。

二、可以監(jiān)測(cè)哪些土壤指標(biāo)？

1. 土壤有機(jī)質(zhì)含量（SOM）

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

意義：是衡量土壤肥力和碳儲(chǔ)量的核心指標(biāo);

應(yīng)用：快速評(píng)估耕地質(zhì)量、碳匯能力、施肥基礎(chǔ)。

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(dǎo)灌溉、監(jiān)測(cè)干旱、土壤蓄水能力評(píng)估;

優(yōu)勢(shì)：相比探針或取樣方法，無(wú)損、實(shí)時(shí)、高時(shí)效。

3. 土壤質(zhì)地（砂/粉/黏）

光譜依據(jù)：反射率總體趨勢(shì)+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(zhǎng);

方法：通過(guò)光譜與實(shí)測(cè)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(duì)作物根系有害;

應(yīng)用：鹽堿地監(jiān)測(cè)、土壤修復(fù)評(píng)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(jī)質(zhì)的結(jié)合方式，間接影響光譜;

應(yīng)用：結(jié)合化學(xué)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)，能輔助識(shí)別潛在污染區(qū)域。

三、實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景

1. 農(nóng)田肥力評(píng)價(jià)與分區(qū)施肥

農(nóng)業(yè)科研機(jī)構(gòu)利用地物光譜儀，在大田中測(cè)量多點(diǎn)土壤光譜，并結(jié)合有機(jī)質(zhì)與氮磷鉀分析，建立土壤養(yǎng)分圖層。農(nóng)業(yè)管理者可據(jù)此開(kāi)展變量施肥、提升施肥效率。

2. 土壤退化監(jiān)測(cè)

在荒漠化、過(guò)度耕作、酸雨影響區(qū)，通過(guò)地物光譜儀實(shí)現(xiàn)土壤退化的長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)監(jiān)控，追蹤地力變化趨勢(shì)，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(fù)墾地，光譜測(cè)量結(jié)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(cè)成本，為后續(xù)修復(fù)規(guī)劃提供依據(jù)。

4. 遙感影像的地面校準(zhǔn)

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(cè)體系的關(guān)鍵一環(huán)。

四、優(yōu)點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

快速：幾秒內(nèi)獲取一條完整光譜曲線;

無(wú)損：無(wú)需破壞性取樣;

空間覆蓋好：可短時(shí)間獲取大量點(diǎn)位;

與AI算法高度適配：利于構(gòu)建自動(dòng)化模型。

五、結(jié)語(yǔ)

地物光譜儀正將“看天種地”的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，帶入以數(shù)據(jù)為依據(jù)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)新時(shí)代。不論是評(píng)估土壤肥力、追蹤地力演變，還是識(shí)別污染風(fēng)險(xiǎn)，這種高光譜技術(shù)都在提供第一手、量化、可視化的數(shù)據(jù)支撐。

歡迎關(guān)注萊森光學(xué)，了解更多光譜知識(shí)。

萊森光學(xué)(深圳)有限公司是一家提供光機(jī)電一體化集成解決方案的高科技公司，我們專注于光譜傳感和光電應(yīng)用系統(tǒng)的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。

審核編輯 黃宇