高光譜成像技術(shù)在土壤有機(jī)質(zhì)和氮元素檢測(cè)中的應(yīng)用

土壤是地球上最大的活躍碳循環(huán)庫(kù)，但近幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，由于人類活動(dòng)（如減少木本植被覆蓋）對(duì)其造成了干擾。土壤有機(jī)質(zhì)檢測(cè)對(duì)評(píng)估土壤肥力、監(jiān)測(cè)土壤污染、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)等至關(guān)重要，高光譜成像技術(shù)結(jié)合了光譜分析和成像技術(shù)，能夠在連續(xù)的光譜波段內(nèi)獲取目標(biāo)物體的空間和光譜信息，能夠顯著提升檢測(cè)效率及精度，有助于精準(zhǔn)地評(píng)估土壤健康和質(zhì)量，管理土壤資源，維護(hù)生態(tài)平衡。

案例1：熱帶土壤中的有機(jī)碳和氮含量預(yù)估

芬蘭赫爾辛基大學(xué)的Petri Pellikka等研究人員23年發(fā)表在《Science of the Total Environment》上的一篇文章，展示了便攜式高光譜相機(jī)（VNIR）在估算土壤有機(jī)碳（SOC）和氮含量方面的實(shí)用性，以實(shí)現(xiàn)高效監(jiān)測(cè)土壤屬性。研究中利用Specim IQ便攜式高光譜成像相機(jī)對(duì)不同海拔高度的5個(gè)典型土地類型（農(nóng)林業(yè)、農(nóng)田、森林、灌木林和劍麻種植園）共計(jì)191個(gè)土壤樣本進(jìn)行了光譜成像分析，并通過燃燒分析儀確定其SOC和氮含量。

基于高光譜圖像，結(jié)合多種機(jī)器學(xué)習(xí)算法建立土壤光譜與土壤屬性之間的定量關(guān)系模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤樣本中SOC和氮含量的估算。結(jié)果顯示，5種機(jī)器學(xué)習(xí)算法都能夠準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)熱帶土壤的SOC和氮含量，誤差精度在1%左右。實(shí)驗(yàn)證明，高光譜成像技術(shù)能夠在短時(shí)間內(nèi)獲取土壤的光譜信息，能夠快速、無(wú)損地分析土壤屬性，還能提供高精度的定量分析，為全面評(píng)估土壤健康和質(zhì)量提供有力依據(jù)。

案例2：不同深度的土壤有機(jī)質(zhì)含量檢測(cè)

巴西馬林加州立大學(xué)農(nóng)學(xué)系的研究人員提取巴拉那州8個(gè)不同深度的384個(gè)土壤樣品，采用高光譜成像技術(shù)對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，基于高光譜數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)結(jié)果與化學(xué)分析方法獲取的土壤SOM（有機(jī)質(zhì)）含量相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.75。結(jié)果表明，高光譜成像技術(shù)能夠通過光譜變化，有效區(qū)分不同深度的土壤有機(jī)質(zhì)含量，驗(yàn)證了高光譜成像技術(shù)是高效準(zhǔn)確檢測(cè)土壤有機(jī)質(zhì)的有力手段。

此外，高光譜成像技術(shù)憑借其高通量、無(wú)損檢測(cè)、非接觸等特點(diǎn)，在土壤健康評(píng)估、污染監(jiān)測(cè)和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中表現(xiàn)突出，為土壤科學(xué)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了重要的技術(shù)支持。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和成本的降低，高光譜成像技術(shù)將在土壤分析領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。

北京易科泰生態(tài)技術(shù)有限公司長(zhǎng)期致力于生態(tài)-農(nóng)業(yè)-健康領(lǐng)域儀器的研發(fā)、應(yīng)用與推廣，先后推出了FluorTron多功能高光譜成像技術(shù)、新一代農(nóng)業(yè)傳感器技術(shù)、易科泰SoilLab土壤呼吸實(shí)驗(yàn)測(cè)量技術(shù)（可用于評(píng)估土壤微生物活性）、LIBS元素分析技術(shù)、土壤樣芯分析技術(shù)等，為土壤養(yǎng)分、污染、重金屬檢測(cè)、土壤-植物互作關(guān)系研究提供從實(shí)驗(yàn)室到野外，從地面到無(wú)人機(jī)遙感解決方案。