三農科普｜遙感技術：土壤資訊的“太空之眼”

土壤是地球生態系統的基石，承載著農業生産、環境保護和氣候變化應對的重要使命。然而，傳統的土壤研究方法往往局限于小範圍、靜態的採樣分析，難以滿足大範圍、動態監測的需求。如今，隨著遙感技術的飛速發展，我們擁有了來自太空的“眼睛”，能夠以前所未有的視角和精度，揭開土壤的奧秘，為土壤科學研究和農業生産注入新的活力。

遙感技術以電磁波為“信使”，利用不同農作物、土壤、水體對電磁波反射、吸收、發射和散射特性的差異，如同為每一種地物賦予獨特的“光譜指紋”。借助光學、熱紅外、微波等多類型感測器，無論晴雨晝夜，都能將地物的電磁波信號轉化為數據與圖像，實現對農田的全方位“掃描”。再通過先進的數據處理與分析技術，提取植被指數、土壤濕度等關鍵資訊，精準洞察農作物生長態勢、土壤養分、土壤墑情變化。

遙感技術在土壤科學方面的應用

1、土壤類型與分佈識別

原理：不同類型的土壤由於其成分、結構和表面特性不同，對電磁波的反射和吸收特性存在差異，在遙感圖像上會呈現出不同的色調、紋理和圖案等特徵，通過對這些特徵的分析和解譯，可以識別出不同的土壤類型，並繪製出土壤類型分佈圖。

應用：為土地利用規劃、農業種植佈局提供基礎數據，幫助合理安排農作物種植種類和區域，充分發揮不同土壤類型的優勢，提高農業生産效率。

2、土壤養分含量估算

原理：土壤中的某些養分，如氮、磷、鉀等，會影響土壤的光譜特性。例如，土壤中的有機質含量與土壤反射率在某些波段上存在一定的相關性，通常有機質含量較高的土壤，其反射率在可見光和近紅外波段會相對較低。通過建立土壤養分含量與遙感光譜數據之間的定量關係模型，就可以利用遙感數據來估算土壤養分含量。

應用：指導精準施肥，根據土壤養分的空間分佈差異，實現按需施肥，減少肥料浪費和環境污染，同時提高農作物的産量和品質。

3、土壤水分監測

原理：土壤水分含量的變化會引起土壤介電常數的改變，進而影響土壤對微波的散射和吸收特性。微波遙感對土壤水分具有較高的敏感性，通過微波感測器獲取土壤的後向散射系數或亮溫等資訊，可以反演土壤水分含量。此外，熱紅外遙感也可用於監測土壤水分，因為土壤水分含量不同，其熱特性也不同，水分含量高的土壤熱容量大，溫度變化相對較慢，在熱紅外圖像上表現為較低的溫度。

應用：及時掌握土壤水分狀況，為農業灌溉提供科學依據，合理安排灌溉時間和水量，避免過度灌溉或灌溉不足，提高水資源利用效率，保障農作物的正常生長。

4、土壤侵蝕監測

原理：通過多時相的遙感圖像對比，可以觀察到土壤表面的變化情況。例如，植被覆蓋度的降低、土地利用方式的改變以及地形地貌的變化等都可能是土壤侵蝕的跡象。同時，利用遙感圖像提取地形因子，如坡度、坡向等，結合土壤類型、植被覆蓋等資訊，可以建立土壤侵蝕模型，對土壤侵蝕的強度和分佈進行評估。

應用：有助於及時發現土壤侵蝕的區域和程度，為採取有效的水土保持措施提供決策支援，如修建梯田、植樹造林、退耕還林還草等，減少土壤侵蝕對土地資源和生態環境的破壞。

5、土壤污染監測

原理：某些土壤污染物會導致土壤的光譜特徵發生改變。例如，重金屬污染可能會使土壤在可見光—近紅外波段的反射率降低，並且在特定波長處出現吸收峰。此外，土壤污染還可能影響土壤微生物群落和植被生長，進而通過植被的光譜變化間接反映土壤污染情況。

應用：能夠快速大面積地對土壤污染進行初步篩查和監測，確定污染的大致範圍和程度，為進一步的實地採樣分析和污染治理提供方向，有助於及時採取措施防止土壤污染的擴散和危害。

作者：北京市耕地建設保護中心

供稿：北京市農業農村宣傳中心