[科普中国]-土壤遥感

土壤遥感是依据土壤的波谱特征，解译遥感影像，识别和划分土壤类型，监测土壤属性，制作土壤图，分析土壤的分布规律，为改良土壤、合理利用土壤服务1。

释义土壤遥感soil remote sensing运用遥感技术研究土壤的新技术2。它是根据电磁波辐射理论，使用各种探测器(统称传感器)，在远距离收集待测土壤反射或发射出的电磁波谱信号经过加工处理，变成能直接识别的图像或供电子计算机分析的磁带数据，用以掌握土壤分布、特性、利用现状，绘制土壤图，对某些土壤性状，如水分、湿度、养分供应状况，以及土壤盐渍化、沼泽化、风沙化、土壤污染、水土流失等动态变化实现大面积、快速自动监测，及时为土壤资源的合理开发利用与管理提供科学依据。根据安置传感器的运载工具可分为航天遥感、航空遥感和地面遥感。根据传感器的工作波段，又可分为可见光遥感、红外遥感、紫外遥感和微波遥感等。

目的土壤遥感调查及制图的目的是弄清土壤的发生条件、成土过程、分布规律、土壤的理化性质(质量特征)、数量特征、土壤类型(分类系统)，为合理开发、利用、管理和保护土壤资源，防止土壤质量的退化和数量的减少提供科学依据；为因地制宜、因土种植、因土施肥、因土灌溉(排水)、因土改良提供科学依据，从而达到发展生产、发展土壤遥感科学之目的。其任务是为土壤资源的持续利用、土地资源评价、土地管理及规划、土壤改良、农田基本建设等提供土壤资源数量、质量特征资料及动态变化规律和技术措施3。

原理土壤波谱特性是各种土壤性质的综合反映，其颜色、质地、有机质含量、水分含量和各种矿物成分等对波谱特性的作用明显。土壤波谱特性可以用于划分土族、模拟土壤发生过程、监测土壤退化状况、提取土壤与环境交互作用参数、监测农田状况等。土壤的波谱特征主要包括土壤的反射光谱特性、热红外辐射特性以及微波散射特性等。

自然状况下的土壤表面反射率没有明显的峰值和谷值。在同一类土壤中，通常有机质含量越高，其光谱反射率就越低，反之亦然。有机质含量的高低与土壤颜色的深浅有直接关系，有机质含量高时，土壤呈深褐色至黑色；有机质含量低时土壤呈浅褐色至灰色。通常颜色越深的土壤，其光谱反射率越低，而其相对肥力则越高。土壤质地对反射光谱的影响不仅与不同粒径组合及表面状况(糙度和阴影)有关，而且与不同粒径的化学组成也密切相关，通常土壤中氧化铁的含量越高，其光谱反射率则越低，反之亦然。随着土壤含水量的增加，无论在哪个波长上的反射率均会降低，而且其差异随波长的增加而加大。因此，尽可能地应用近红外波段来估计土壤水分含量。由于各种土壤的持水能力有差异，所以反射率变化对应于湿度变化的灵敏度范围也不同，一般含水量在10%～25%，反射率变化显著。而持水性差的土壤，其灵敏度范同可能少于10%，当超过田间持水量时，由于土壤表面膜水层形成镜面反射，反而会提高反射率。

特点现代遥感技术能够及时地提供海量信息，因此，土壤遥感调查与常规调查比较具有如下特点：

遥感影像能够直接反映地面特征遥感影像所反映的均为地表的地物光谱特性，能够直接反映地表的地形、地物等特征，这是利用遥感影像进行土壤环境条件、成土因素、土壤侵蚀等调查研究的基础，但遥感影像不能直接揭示土壤类型和土壤的内在性质，特别是处于地表以下较深层次的土壤剖面形态特征。因此，许多土壤类型界线只能以地表成土因素、景观特征等的综合分析来加以确定，即所谓间接解译；当土壤制图比例尺愈大时，则土壤遥感制图的限制因素也就愈多，只有待今后的微波遥感技术的进一步发展，可以有效地对深层次的剖面情况、土壤质地及水分状况进行判定。国外已有类似的试验，但还没有进入投产使用的程度。

调查与制图的速度快遥感影像都是各种传感器在经过地面上空时，对地面进行光谱摄影或扫描成像，因而反映的地面信息量比相同比例尺的地形图所提供的地面信息量要大得多，所以在开展野外工作之前或通过路线调查建立解译标志之后，即可根据影像特征和该区域已有的资料进行室内专题预判(预判性的专题解译)，然后经过抽样检查校核即可成图。所以，能够大大地减低野外工作量，提高工作效率，据以往工作经验测算，以目视解译为例，它仅为常规工作量的1/4～1/10。当然，其工作量减少的程度常与成图比例尺成反比，即成图比例尺愈大，工作量减少值愈小；反之，则愈大。

调查与制图费用低与常规土壤调查比较，由于遥感土壤调查工效的提高，其工作费用也必然会相应地降低，一般的目视解译费只是常规工作费用的10%～50%。当然，这也取决于成图比例尺和采用的遥感源，其工作费用一般与成图比例尺成正相关，与使用遥感图像的比例尺和提供的信息量成负相关。

制图精度高因为遥感影像能够较为全面地反映地面丰富的信息，如地形、岩性、地下潜水、植被和土地利用等要素，这些信息可以根据其光谱特性在影像上的反映而进行有效的提取，实现专题内容的解译。所以，土壤和土壤侵蚀的制图精度即可大大提高，具体表现在类型划分精度与图斑界限精度，两个方面一般均高于常规调查制图，特别是在利用遥感影像进行专业制图过程中可以大大减少人的主观性，较好取得重现的结果。同时，由于遥感影像的宏观性强，比较容易取得一个地区的土壤和土壤侵蚀的宏观对比结果，有利于成图的宏观对比和动态变化分析。

动态监测效果好因为现代遥感技术的影像成像频率高，在一个区域内可以3～4d或16d即可得到一张遥感影像。如果有必要，还可通过轻型飞机或航模飞机进行低空摄影以抽样形式获取信息，以监测土壤水分、土壤侵蚀等界限变化，特别是将遥感作为信息源，与计算机专业模式识别。制图的计算机处理与计算机信息系统相结合，进行资源数据自动更新，这为土壤资源动态监测和管理决策提供了新的手段。

地面分辨率差异较大航空遥感图像的地面分辨率高，适合于大比例尺的土壤遥感制图。以前陆地卫星影像的地面分辨率低，MSS为57m感图像的，TM为30m感图像的，Spot为10mt图像的，它们对大比例尺的土壤制图和土壤侵蚀制图是不够的。如今，航天遥感传感器已经有了长足的发展，如美国发射的新一代陆地卫星，其空间分辨率全色波段达0.61m，多波段为2.4m；俄罗斯在20世纪末发射的Cosmos卫星上携带的KVPl000相机能轻易获取分辨率为2m的高分辨率图像；法国发射的Spot 5号卫星，也能达到全色波段分辨率为5m，扫描时经错位特殊处理可得到2.5m，多波段为10m的空间分辨率，这些都使得基于航空遥感图像的大比例尺土壤制图成为现实。

遥感影像有变形误差遥感影像所共存的问题是影像畸变，只是畸变的大小与纠正的难易程度不同。总的来说，航空相片的变形误差(倾斜误差和投影误差)较大，卫星影像由于像场角小，相对来说，其畸变要小，且纠正也比较容易，所以，容易取得纠正影像，因而成图较易，但图像处理的价格比较昂贵。

此外，土壤遥感调查还具有调查范围广、重点突出、人为影响小、可信度高、应用价值大等特点。

应用遥感方法在土壤分类中的应用国内外已有不少例子，主要包括两个方面4：

（1）通过判读航片、卫片，确定各种土壤在某一地区范围内的存在，为该地区的传统土壤分类提供事实根据；

（2）直接使用遥感数据(特别是卫星磁带数据或卫片扫描数据)并采用数理统计的方法对地面上存在的各种土壤进行数值分类。

遥感数据土壤分类多采用电子计算机进行。因遥感数据是与空间地理位置联系在一起的，所以遥感数据土壤分类的过程也是土壤制图过程的一部分。

本词条内容贡献者为:

吴俊文 - 博士 - 厦门大学