東北地理所在鹽堿-黑土交錯區(qū)土壤有機質(zhì)高精度遙感制圖方面取得新進展
土壤有機質(zhì)（Soil Organic Matter,SOM）是衡量土壤質(zhì)量和生態(tài)功能的重要指標，其精準監(jiān)測對于推進現(xiàn)代土地資源管理與生態(tài)環(huán)境保護具有重要意義。然而，在土壤類型復雜、環(huán)境異質(zhì)性顯著的鹽堿-黑土交錯區(qū)，SOM的遙感制圖依然面臨諸多挑戰(zhàn)。
針對上述問題，中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所農(nóng)業(yè)遙感學科組的研究人員，基于多年多時相的Sentinel-2遙感影像，融合土壤分類等先驗知識，將研究區(qū)域劃分為鹽堿區(qū)與黑土區(qū)，并系統(tǒng)評估了遙感觀測時間窗口、關(guān)鍵光譜指數(shù)（如鹽度指數(shù)與植被水分指數(shù)）、環(huán)境因子（地形與氣候）以及局部建模策略對SOM預測精度的影響。
圖1. 基于先驗知識并結(jié)合鹽堿和黑土區(qū)劃分的光譜信息選取示意圖
研究表明，每年4月初至5月初（DOY 90–120）是鹽堿區(qū)與黑土區(qū)共同適用的最優(yōu)遙感觀測窗口。在引入環(huán)境因子后，SOM預測精度顯著提升，且黑土區(qū)對地形因子更為敏感，而氣候因子則在鹽堿區(qū)占主導作用。此外，鹽度指數(shù)對鹽堿區(qū)的SOM預測貢獻突出，但在黑土區(qū)反而可能干擾模型穩(wěn)定性。進一步分析發(fā)現(xiàn)，基于土壤類型構(gòu)建的局部回歸模型相比整體模型具有更高的預測精度，尤其在地理空間異質(zhì)性強的區(qū)域表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，盡管其空間不確定性相對較高，但為復雜區(qū)域的高精度SOM建模提供了關(guān)鍵突破。
本研究構(gòu)建了融合“先驗知識 + 多時相遙感 + 局部建模”的SOM預測框架，成功生成了吉林省省域尺度的10m分辨率土壤有機質(zhì)分布圖，為區(qū)域差異化耕地管理與生態(tài)保護提供了重要的數(shù)據(jù)基礎和決策支撐。該方法具有良好的可推廣性，未來可應用于其他復雜地貌與土壤類型混合的區(qū)域，助力土壤資源的高質(zhì)量監(jiān)測和可持續(xù)利用。
圖2. 吉林省土壤有機質(zhì)（SOM）空間分布全局與局部回歸模型預測結(jié)果比較。A：全局回歸模型預測的SOM空間分布圖。B~D：A圖中選取的典型區(qū)域。E：局部回歸模型預測的SOM空間分布圖。F~H：E圖中選取的典型區(qū)域。B~D和F~H圖中的條形圖分別表示各區(qū)域內(nèi)不同SOM含量的比例
相關(guān)成果發(fā)表在農(nóng)林科學領(lǐng)域1區(qū)Top期刊Journal of Integrative Agriculture上，由聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生孔德飄（第一作者）、羅沖助理研究員（通訊作者）和劉煥軍研究員共同完成。本研究得到了吉林省科技發(fā)展計劃項目（20240602052RC）資助。
論文信息及鏈接如下：Enhancing soil organic matter mapping in saline-alkali and black soil areas with prior knowledge and multi-temporal remote sensing. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095311925001546.
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