東北地理所在遙感監測白漿土分布與土壤有機質含量方面取得進展
白漿土是吉林、黑龍江兩省的主要耕地土壤之一，準確監測白漿土分布和土壤有機質（SOM）含量對評估其質量現狀與退化過程具有重要意義。長期的高強度開墾導致白漿土耕地的白漿層上翻，與黑土層混合。這一現象顯著改變了白漿土耕地的光譜特性，使其區別于其他土壤類型，增加了精確監測其分布及SOM含量的難度。
針對這一問題，中國科學院東北地理與農業生態研究所農業遙感學科組的研究人員在典型白漿土與非白漿土交錯區——八五二農場，開展了相關研究。研究團隊首先篩選出2021至2023年研究區所有裸土期（4-5月）無云的Sentinel-2影像，基于白漿土與非白漿土的光譜差異，創新性地構建了“Normalized Difference Planosol Index (NDPI)”遙感指數，用以反映白漿層的上翻程度，提取土壤“白度”信息。結合混合概率模型，研究人員評估了該指數在白漿土分布提取及SOM制圖中的應用效果。
研究發現，5月是典型白漿土與非白漿土交錯區開展SOM制圖與白漿土提取的最佳時間窗口。基于隨機森林模型，結合多期5月份的裸土影像，研究團隊成功實現白漿土空間分布的高精度提取，總體精度高達97.66%，Kappa系數為0.93。同時，研究表明混合概率模型在SOM制圖中優于傳統全局模型，表現最佳的模型R2達到0.81，RMSE為4.29 g/kg，且制圖結果更加平滑和連續。此外，NDPI指數的引入，不僅有效提升了白漿土分布的提取精度，也顯著提高了該區域SOM制圖的準確性。
圖1. 研究區位圖：（a）研究區位置及東北地區白漿土分布；（b）采樣點分布圖；（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(NDPI)表現耕層白漿化程度
圖4. 不同模型SOM制圖結果：（a）單時相全局模型；（b）多時相全局模型；（c）普通混合模型；（d）概率混合模型
盡管遙感技術在土壤有機質制圖方面已較為成熟，但在白漿土與非白漿土交錯區，翻耕導致耕層土壤光譜特性在不同時期差異明顯，常規方法可能會產生較大誤差。該研究成果為精準評估和監測白漿土區的土壤質量提供了新思路。
該研究發表在農林科學領域1區Top期刊Soil and Tillage Research上，劉煥軍研究員團隊聯合培養碩士研究生藏德強為第一作者，助理研究員羅沖為通訊作者。研究工作得到國家重點研發計劃項目（2021YFD1500100）資助。
論文標題:
Improving the accuracy of soil organic matter mapping in typical Planosol areas based on prior knowledge and probability hybrid model
發表期刊:
Soil and Tillage Research
論文全文鏈接:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167198724003593
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