說到地物光譜儀，很多人的第一反應(yīng)是“用來測反射光譜的設(shè)備”，也就是記錄地表物體對不同波段光的反射特性。但實際上，這只是它最基礎(chǔ)的功能。在農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)保領(lǐng)域，地物光譜儀的價值，遠遠不止“測一下反射率”這么簡單。

它更像是一個高精度、可移動的環(huán)境診斷儀器，能幫助我們識別、判斷、預(yù)警和預(yù)測自然環(huán)境中的各種復(fù)雜變化，廣泛應(yīng)用于作物長勢分析、病蟲害監(jiān)測、水質(zhì)評估、土壤診斷、碳匯評估、污染識別等多個方面。

一、在農(nóng)業(yè)里，它不是“測光譜”，而是“看懂作物”

1. 作物營養(yǎng)狀況監(jiān)測

地物光譜儀可以捕捉作物葉片對不同波段的光反應(yīng)，特別是可見光和近紅外區(qū)域(如紅邊、綠光峰、近紅外反射)。這些信息能反映：

氮素含量(紅邊位移、葉綠素峰強度)

水分脅迫(短波紅外區(qū)吸收特征)

光合作用能力(NDVI、PRI等指數(shù))

這使得農(nóng)戶可以：

科學(xué)決策是否施肥、澆水;

判斷作物是否處于“亞健康”狀態(tài);

精準管理田塊，提升產(chǎn)量和質(zhì)量。

2. 病蟲害早期診斷

不同病害會引起植物生理結(jié)構(gòu)的改變，例如葉綠素減少、細胞壁變薄、葉片褪綠等。這些變化首先在光譜上表現(xiàn)出來——如紅邊藍移、光譜曲線整體變平等。

相比肉眼看到“葉子發(fā)黃”已經(jīng)晚了幾天，地物光譜儀能提前識別風險苗頭，為防治贏得寶貴時間。

3. 分品種/品級/熟期監(jiān)測

高光譜數(shù)據(jù)還能幫助：

分辨田塊中的不同作物種類(如玉米與高粱);

判斷作物是否成熟、何時收割;

按品質(zhì)等級分類農(nóng)產(chǎn)品(如茶葉鮮葉等級、葡萄糖度分級);

二、在環(huán)保中，它不是“測反射”，而是“讀懂環(huán)境”

1. 水體富營養(yǎng)化與污染監(jiān)測

水體中葉綠素、懸浮物、有機物等成分都會在特定波段產(chǎn)生吸收或反射峰。例如：

葉綠素a：~705nm 反射峰

懸浮泥沙：400–600nm 吸收增強

CDOM(溶解有色有機物)：藍光區(qū)吸收

地物光譜儀可以快速判斷水質(zhì)類別、富營養(yǎng)化程度，甚至定位藍藻水華的早期爆發(fā)區(qū)域，實現(xiàn)水體生態(tài)健康的動態(tài)監(jiān)控。

2. 土壤質(zhì)量與污染識別

通過對裸露或耕地表層的光譜掃描，可以識別：

土壤有機質(zhì)含量(400–900nm區(qū)反射特征)

鹽堿化、板結(jié)程度(近紅外與短波紅外曲線變化)

重金屬污染特征峰(如Pb、Cd反射變異)

特別是在土地修復(fù)和農(nóng)田質(zhì)量評估中，地物光譜儀能幫助快速篩查問題區(qū)域、指導(dǎo)修復(fù)路徑。

3. 生態(tài)系統(tǒng)變化監(jiān)測

地物光譜儀還能用于追蹤：

草地退化程度;

植被恢復(fù)情況;

濕地干涸演變;

碳匯變化(結(jié)合NDVI與LAI等參數(shù)反演);

它是構(gòu)建生態(tài)遙感模型的重要“地面校驗工具”，可以與無人機、衛(wèi)星遙感協(xié)同，建立精準生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。

三、還有這些不太被注意到的應(yīng)用

1. 構(gòu)建作物或地物的“光譜圖譜庫”

長期積累高光譜數(shù)據(jù)，可構(gòu)建某地區(qū)典型作物、土壤、水體、地表材料的光譜標準庫，為AI識別模型提供訓(xùn)練樣本。

2. 輔助機器學(xué)習(xí)模型進行智能識別

地物光譜儀不僅“測”，還“喂數(shù)據(jù)”。越來越多的研究通過它提供的反射率序列訓(xùn)練SVM、RF、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等模型，實現(xiàn)：

農(nóng)作物分類識別;

田塊施肥決策推薦;

污染土壤自動標注;

3. 參與碳排放與碳匯評估體系

在碳達峰、碳中和背景下，精準評估森林、農(nóng)田、濕地的固碳能力至關(guān)重要。地物光譜數(shù)據(jù)可反演植被覆蓋率、凈初級生產(chǎn)力(NPP)，間接測算碳匯能力，為政策制定提供量化依據(jù)。

四、總結(jié)：它不是“測量儀”，而是“環(huán)境偵察兵”

地物光譜儀是農(nóng)業(yè)與生態(tài)環(huán)境中一項非常底層但關(guān)鍵的技術(shù)。它以“光”為媒介，把我們看不見的作物健康、水質(zhì)變化、土壤狀態(tài)轉(zhuǎn)化為可量化的數(shù)字，支撐起農(nóng)業(yè)精準管理和環(huán)保智能監(jiān)測的技術(shù)體系。

所以，下次看到一臺架著探頭對著地面“掃”的設(shè)備，別再以為只是測個反射率——它可能正在“聽”水體的富營養(yǎng)信號，或者在“讀”一棵玉米的營養(yǎng)狀況。

歡迎關(guān)注萊森光學(xué)，了解更多光譜知識。

萊森光學(xué)(深圳)有限公司是一家提供光機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