中科院硕士生以第一作者身份在国际顶级期刊（IF5y=12.7）上发表研究成果

土壤盐碱化作为土壤退化的主要形式之一，对全球农业生产力和生态系统功能构成严重威胁。目前全球约有10亿公顷土地受盐碱化影响，占地球陆地面积的7%左右。在气候变化和不合理土地利用的双重影响下，盐碱化面积扔将持续扩张。在耕地资源日益紧张的情况下，苏打盐碱地仍有较大的开发利用潜力。通过科学改良，苏打盐碱土不仅可扩展土地资源，还有望显著提升区域土地生产力。因此，土壤盐碱化的高精度监测对于评估其生态影响、指导土壤改良与制定科学的农业管理政策至关重要。

针对该关键科学问题，中国科学院东北地理与农业生态研究所微波遥感研究团队，基于松嫩平原西部春季裸土期的Sentinel-1、Sentinel-2与SDGSAT-1 TIS数据，集成多种机器学习算法，系统解析了盐碱土的亮温特征，构建了两个基于热红外波段的盐分指数（NDTSI与TISI1），进而建立了苏打盐碱地区域尺度的土壤盐分反演模型，系统评估了SDGSAT-1TIS数据在苏打盐碱区土壤盐分估算中的适用性与稳健性，并实现了对研究区土壤盐分空间格局的高精度制图。

研究结果表明，SDGSAT-1TIS数据在热红外波段具有独特的光谱响应特性，能够敏感捕捉盐碱土的热辐射特征，显著提升了土壤盐分反演模型的精度，其模型表现优于仅使用Sentinel-2光学数据或Sentinel-1/GF-3雷达数据的模拟结果。基于SDGSAT-1 TIS与Sentinel-2协同融合的输入变量，通过高斯过程回归（GPR）算法构建的模型实现了最优性能（R2=0.75，RMSE=0.65 dS/m），显著提升了预测精度与泛化能力。土壤盐分制图结果表明，研究区大部分土壤呈现轻度至中度盐碱化，这对植物生长和农业生产构成了显著胁迫；不同土地利用类型间的土壤盐碱化程度呈现显著差异，其中农田和草原的平均土壤电导率（EC）分别为2.76 dS/m和2.87 dS/m，受盐碱化影响面积占比分别为47%和49%，以轻度至中度盐碱化为主；荒地盐碱化问题更为突出，平均EC高达9.67 dS/m，表现为中度盐碱化特征。本研究首次系统评估了SDGSAT-1 TIS数据在苏打盐碱区土壤盐分遥感反演中的适用性与稳定性，并实现了高精度盐分空间格局监测，研究结果不仅为苏打盐碱地的科学利用与生态修复提供了理论依据，也为促进农业可持续发展与保障国家粮食安全提供了重要数据基础。

图1. 热红外波段对不同盐度水平土壤样本（n =39）的光谱响应敏感性：(a) 3-15μm范围内土壤样本的地面测量亮度温度；(b) 8-12.5μm范围内（SDGSAT-1 TIS的光谱覆盖范围）土壤样本的地面测量亮度温度；(c) 卫星等效亮度温度与土壤导电率（LnEC）之间的关系；(d)NDTIS与土壤导电率（LnEC）之间的关系；(e)TISI1与土壤导电率（LnEC）之间的关系

图2. 基于多种机器学习算法在七种输入变量组合场景下的土壤盐分反演模型精度比较：(a)决定系数；(b)均方根误差

图3. 研究区不同土壤盐碱度等级的空间分布及其与土地覆被类型的关系：(a) 不同盐碱度等级的土壤空间分布图；(b)不同土地覆被类型中各盐碱度等级的面积占比；(c) 不同盐碱度等级土壤中各土地覆被类型的面积占比

该研究发表在国际顶级期刊《Remote Sensing of Environment》，由硕士研究生高紫蕊（第一作者）和李晓洁项目研究员、王文娟研究员（通讯作者）等共同完成。该研究得到国家重点研发计划（2022YFD1500508、2021YFC0305503）、吉林省自然科学基金（YDZJ202201ZYTS550）和东北地理与农业生态研究所黑土保护与利用重点实验室青年科学家创新基金（2023HTDGZ-QN-02）等共同资助。

论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.rse.2025.114708

来源：中科院东北地理所