東北地理所在遙感監(jiān)測(cè)白漿土分布與土壤有機(jī)質(zhì)含量方面取得進(jìn)展
白漿土是吉林、黑龍江兩省的主要耕地土壤之一，準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)白漿土分布和土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）含量對(duì)評(píng)估其質(zhì)量現(xiàn)狀與退化過(guò)程具有重要意義。長(zhǎng)期的高強(qiáng)度開(kāi)墾導(dǎo)致白漿土耕地的白漿層上翻，與黑土層混合。這一現(xiàn)象顯著改變了白漿土耕地的光譜特性，使其區(qū)別于其他土壤類型，增加了精確監(jiān)測(cè)其分布及SOM含量的難度。
針對(duì)這一問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所農(nóng)業(yè)遙感學(xué)科組的研究人員在典型白漿土與非白漿土交錯(cuò)區(qū)——八五二農(nóng)場(chǎng)，開(kāi)展了相關(guān)研究。研究團(tuán)隊(duì)首先篩選出2021至2023年研究區(qū)所有裸土期（4-5月）無(wú)云的Sentinel-2影像，基于白漿土與非白漿土的光譜差異，創(chuàng)新性地構(gòu)建了“Normalized Difference Planosol Index (NDPI)”遙感指數(shù)，用以反映白漿層的上翻程度，提取土壤“白度”信息。結(jié)合混合概率模型，研究人員評(píng)估了該指數(shù)在白漿土分布提取及SOM制圖中的應(yīng)用效果。
研究發(fā)現(xiàn)，5月是典型白漿土與非白漿土交錯(cuò)區(qū)開(kāi)展SOM制圖與白漿土提取的最佳時(shí)間窗口。基于隨機(jī)森林模型，結(jié)合多期5月份的裸土影像，研究團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)白漿土空間分布的高精度提取，總體精度高達(dá)97.66%，Kappa系數(shù)為0.93。同時(shí)，研究表明混合概率模型在SOM制圖中優(yōu)于傳統(tǒng)全局模型，表現(xiàn)最佳的模型R2達(dá)到0.81，RMSE為4.29 g/kg，且制圖結(jié)果更加平滑和連續(xù)。此外，NDPI指數(shù)的引入，不僅有效提升了白漿土分布的提取精度，也顯著提高了該區(qū)域SOM制圖的準(zhǔn)確性。
圖1. 研究區(qū)位圖：（a）研究區(qū)位置及東北地區(qū)白漿土分布；（b）采樣點(diǎn)分布圖；（c）5月份Sentinel-2遙感影像；（d）白漿土剖面照片；（e）白漿土耕地表面照片；（f）景觀照
圖2. 白漿層上翻示意圖
圖3. 白漿化指數(shù)(NDPI)表現(xiàn)耕層白漿化程度
圖4. 不同模型SOM制圖結(jié)果：（a）單時(shí)相全局模型；（b）多時(shí)相全局模型；（c）普通混合模型；（d）概率混合模型
盡管遙感技術(shù)在土壤有機(jī)質(zhì)制圖方面已較為成熟，但在白漿土與非白漿土交錯(cuò)區(qū)，翻耕導(dǎo)致耕層土壤光譜特性在不同時(shí)期差異明顯，常規(guī)方法可能會(huì)產(chǎn)生較大誤差。該研究成果為精準(zhǔn)評(píng)估和監(jiān)測(cè)白漿土區(qū)的土壤質(zhì)量提供了新思路。
該研究發(fā)表在農(nóng)林科學(xué)領(lǐng)域1區(qū)Top期刊Soil and Tillage Research上，劉煥軍研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生藏德強(qiáng)為第一作者，助理研究員羅沖為通訊作者。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2021YFD1500100）資助。
論文標(biāo)題:
Improving the accuracy of soil organic matter mapping in typical Planosol areas based on prior knowledge and probability hybrid model
發(fā)表期刊:
Soil and Tillage Research
論文全文鏈接:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167198724003593
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