圖1基於時序遙感影像的不同農田尺度的土壤有機碳製圖
圖2基於機載高光譜遙感影像和時序多光譜遙感影像的農田土壤有機碳製圖及差异對比
近日，華中農業大學資源與環境學院土壤遙感團隊解析了“土壤—農作物—遙感”三者之間的相互作用過程，提出了利用時序遙感影像反演作物生長狀況，從而表達土壤有機碳空間分佈特徵的研究思路，為平原農田土壤有機碳空間製圖提供了重要的理論依據。
土壤可見光近紅外反射率是土壤理化内容綜合特徵的反映，高光譜遙感影像可以通過提供裸土光譜資訊，實現土壤内容的快速反演。但是在農作物覆被條件下，這一優勢將被極大的限制，如何克服農作物覆被對遙感反演土壤内容的影響，一直以來是數位土壤製圖和遙感領域所面臨的首要問題。土壤有機碳是作物生長所需養分元素的主要來源，能促進植物的生長發育、改善土壤的物理性質、提高土壤的保肥性和緩衝性，從而影響作物的生長狀況。而作物生長狀況完全可以通過時序多光譜遙感影像進行反映，為此我校土壤遙感團隊提出了基於時序遙感影像進行農田土壤有機碳製圖的研究思路。
在大尺度農田範圍上，研究人員假設農民會習慣性地採用相似的田間管理措施進行農作物的耕作和管理，例如播種時間、施肥時間及施肥量、收穫時間等，並且相同作物遵循相同的物候期。研究團隊將農田土壤養分狀況作為本底，作物生長狀況作為輸出，農田管理措施作為一個具有均質性特點的黑匣子，借助於“盲源分離”思想，利用機器學習算灋或者資料挖掘手段建立土壤有機碳和作物生長狀況之間的相關關係，從而實現農田土壤有機質的高精度製圖。研究成果以“Prediction of Soil Organic Carbon based on Landsat 8 Monthly NDVI Data for the Jianghan Plain in Hubei Province，China”為題發表在Remote Sensing雜誌上，大學生張楊成思為論文第一作者。
在此基礎上，研究團隊借助時序無人機多光譜遙感影像、直升飛機機載高光譜遙感影像、衛星遙感影像等多源遙感數據探討了研究尺度、衛星影像、掃描時間以及模型算灋等對預測農田土壤有機碳空間差异性的影響，進一步驗證了時序遙感影像在農田土壤有機碳製圖上的可行性，這為進一步動態監測農田土壤有機碳時空變化提供了重要的啟示。
據悉，土壤遙感團隊專注於利用多源異構自然環境和人為活動數據進行土壤内容反演製圖、農作物長勢監測和生態環境評估等，重在探索環境變數與土壤内容之間的相互作用關係，土壤養分和作物生長之間的內在迴圈機理和特性，從時空角度分析土壤内容與生態環境效應之間的變化趨勢和協同作用，為農田管理、都市健康、生態環境評估等提供有價值的資訊。
論文連結：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0016706121001981
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167198721000520
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167198718314612
https://www.mdpi.com/2072-4292/11/14/1683
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