前言(yan)

無論(lun)是(shi)土壤研(yan)究(jiu)調查、土地(di)利(li)用規(gui)劃(hua)還(hai)是(shi)農(nong)業生(sheng)產(chan)，了(le)解區(qu)域土壤(rang)的理化(hua)特(te)性(xing)背景至關(guan)重要，如土(tu)壤的持水力(li)、有(you)機(ji)物(wu)含量、生(sheng)產(chan)潛力(li)、PH值(zhi)等，傳(chuan)統(tong)的野外(wai)采(cai)樣(yang)實(shi)驗室分析(xi)法費時費力(li)，即(ji)使花費大(da)量(liang)人力(li)物(wu)力(li)加(jia)大(da)抽(chou)樣強(qiang)度，也(ye)很(hen)難客觀精(jing)確(que)反(fan)映區(qu)域土壤(rang)理(li)化特(te)性(xing)的時空變異(yi)情況(kuang)；而(er)且(qie)，盡(jin)管(guan)正常情(qing)況(kuang)下實(shi)驗室分析(xi)比(bi)較精確(que)，但(dan)由於不是(shi)原位測(ce)量，從野外(wai)樣(yang)品(pin)采集到實(shi)驗室分析(xi)會(hui)產(chan)生(sheng)壹(yi)些列(lie)的誤差(cha)或(huo)錯(cuo)誤(wu)。如(ru)何快(kuai)速對(dui)原野土(tu)壤(rang)理(li)化特(te)性(xing)進(jin)行(xing)普(pu)查測(ce)繪(hui)，在很(hen)多情況下(xia)成(cheng)為(wei)壹個(ge)難(nan)以逾(yu)越的瓶頸(jing)。車載式MSP3土壤(rang)OM-EC-pH勘(kan)查測(ce)繪(hui)系(xi)統可以(yi)快(kuai)速、高(gao)密(mi)度、原位(wei)測(ce)繪(hui)區(qu)域土壤(rang)有(you)機(ji)質(zhi)（SOM或(huo)OM）、土壤(rang)電(dian)導(dao)及土壤(rang)pH值(zhi)，使區(qu)域土壤(rang)快(kuai)速精(jing)準(zhun)調查研(yan)究(jiu)、碳(tan)匯農(nong)業及精準(zhun)農(nong)業研(yan)究(jiu)示(shi)範成(cheng)為(wei)現實(shi)。

MSP3土壤(rang)OM-EC-pH勘(kan)查測(ce)繪(hui)系(xi)統由VIS-NIR雙波段光譜傳(chuan)感器、土壤(rang)電導(dao)傳(chuan)感器及土壤(rang)pH傳(chuan)感器集成(cheng)於車載式傳(chuan)感器平臺MSP（Mobile Sensor Platform）上，通(tong)過(guo)實(shi)地原(yuan)位測(ce)量土(tu)壤電(dian)導(dao)EC、pH值(zhi)及OM值(zhi)，並通(tong)過(guo)GPS定(ding)位和(he)數據處(chu)理測(ce)繪(hui)軟(ruan)件(jian)，繪(hui)制(zhi)出土(tu)壤(rang)理化(hua)性(xing)質(zhi)分(fen)布圖(tu)，全(quan)面分析(xi)反(fan)映土壤(rang)質(zhi)地(di)、鹽(yan)堿度、PH值(zhi)、持水能(neng)力(li)、陽離子(zi)交(jiao)換能(neng)力(li)、根(gen)系(xi)深度等。可(ke)用於精準(zhun)農(nong)業、土(tu)壤(rang)調查和(he)碳匯農(nong)業（土(tu)壤(rang)碳(tan)儲量(liang)估(gu)算）的研(yan)究(jiu)示(shi)範及土地(di)管(guan)理(li)和(he)土地(di)利用(yong)規(gui)劃(hua)等領(ling)域。 

主(zhu)要特(te)點(dian)

• 標(biao)準(zhun)配置(zhi)可(ke)同(tong)時測(ce)繪(hui)土(tu)壤OM值(zhi)、淺層(ceng)土壤和(he)深層(ceng)土壤雙層(ceng)電導(dao)測(ce)繪(hui)
• 可根(gen)據需要選配(pei)pH測(ce)繪(hui)模(mo)塊
• 原野現場測(ce)繪(hui)：隨(sui)著機(ji)載系(xi)統在原野前行(xing)，即(ji)時獲(huo)取(qu)電導(dao)及地理(li)坐標(biao)（經緯(wei)度），每(mei)公頃(qing)可以測(ce)量120-240個(ge)樣(yang)點(dian)數據
• 直接(jie)接(jie)觸(chu)法測(ce)量EC，測(ce)量基本不(bu)受周邊(bian)電磁(ci)影響(xiang)，也(ye)不需要校準(zhun)。EC與(yu)土壤(rang)質(zhi)地(di)（soil texture）有關(guan)，土壤(rang)質(zhi)地(di)反(fan)映土壤(rang)粒徑分(fen)布（沙(sha)土(tu)、粘土和(he)粉土(tu)）。
• 土壤(rang)EC測(ce)繪(hui)可(ke)以快(kuai)速顯(xian)示土壤三維理(li)化(hua)性(xing)質(zhi)：表層(ceng)土壤質(zhi)地(di)X、Y向(xiang)變化較大(da)，但(dan)在Z向(xiang)（深度）變化不(bu)大(da)的情況(kuang)下，兩(liang)個(ge)深度的EC圖(tu)主(zhu)要反(fan)映的是(shi)土壤質(zhi)地(di)空間變化。在土壤剖(pou)面（Z向(xiang)）質(zhi)地(di)變化較大(da)的情況(kuang)下，兩(liang)個(ge)深度的EC圖(tu)有(you)較大(da)差(cha)異(yi)，分別反(fan)映了(le)表層(ceng)土和(he)深層(ceng)土的情況(kuang)。
• VIS-NIR雙波段光譜傳(chuan)感器，可經由Veris數據處(chu)理中(zhong)心(xin)進(jin)行(xing)數據處(chu)理提(ti)供(gong)土(tu)壤(rang)有機(ji)質(zhi)OM值(zhi)
• VIS-NIR雙波段光譜傳(chuan)感器、EC、PH傳(chuan)感器及數采(cai)等安裝在專(zhuan)門設(she)計(ji)的MSP裝載架上，可由(you)輕型(xing)機(ji)動(dong)車輛帶動(dong)，快(kuai)速對(dui)區(qu)域內土壤理化(hua)性(xing)質(zhi)勘(kan)測(ce)繪(hui)圖(tu)。 

上圖(tu)左(zuo)為(wei)中科(ke)院南皮生(sheng)態(tai)農(nong)業試(shi)驗(yan)站(zhan)，圖(tu)右為(wei)VERIS 3100車載式土壤(rang)電導(dao)率測(ce)量系(xi)統在該(gai)實(shi)驗站(zhan)樣地內作(zuo)業(ye) 

技(ji)術指標(biao)：

• OpticMapper雙波段VIS-NIR傳(chuan)感器，原位(wei)測(ce)繪(hui)植物(wu)枯落物(wu)下層(ceng)土壤表層(ceng)光譜反(fan)射
• 可見(jian)光波長(chang)：660nm；近紅外(wai)波長(chang)：940nm；光源：LED
• 光譜(pu)檢測(ce)器：5.76mm光敏二(er)極(ji)管(guan)
• PH電極(ji)：離子(zi)選擇性(xing)電(dian)極(ji)與(yu)銻測(ce)量相(xiang)結合
• 除通(tong)過(guo)雙波段VIS-NIR光譜傳(chuan)感器高(gao)密(mi)度原位(wei)測(ce)繪(hui)分(fen)析土壤(rang)OM值(zhi)及其(qi)分(fen)布圖(tu)外(wai)，可(ke)壹次(ci)同(tong)時測(ce)量繪(hui)制(zhi)EC和(he)PH值(zhi)，並可實(shi)時記(ji)錄顯(xian)示測(ce)量數據和(he)分布圖(tu)
• Garmin 19X GPS
• 電子(zi)器件(jian)：NMEA 4X密封(feng)，高(gao)級防(fang)水接(jie)口(kou)
• 數采(cai)：80 pin PIC 微處(chu)理器，1Hz采集(ji)率，SD存(cun)儲卡，背光顯(xian)示(shi)器，電源10-15DC
• 測(ce)繪(hui)軟(ruan)件(jian)SoilViewer：即(ji)時顯(xian)示PH值(zhi)、EC值(zhi)及光譜(pu)反(fan)射，並將地理位置信息(xi)（經緯(wei)度）及測(ce)量值(zhi)下載到計(ji)算機(ji)上並自(zi)動(dong)制(zhi)作(zuo)二(er)維(wei)分(fen)布圖(tu)（光(guang)譜(pu)反(fan)射需經由Veris數據處(chu)理中(zhong)心(xin)進(jin)行(xing)處(chu)理分(fen)析(xi)形(xing)成(cheng)SOM值(zhi)）
• PH值(zhi)采樣深度6-12cm可調，每(mei)公頃(qing)采樣5-15個(ge)點(dian)（與(yu)運(yun)行(xing)速(su)度有關(guan)）
• 雙層(ceng)EC測(ce)繪(hui)，可(ke)形(xing)成(cheng)0－45cm的表層(ceng)土壤電導(dao)測(ce)繪(hui)圖(tu)和(he)深度為(wei)0-91cm土壤(rang)剖面電導(dao)測(ce)繪(hui)圖(tu)
• OM測(ce)量深度：38－76mm
• 拖(tuo)掛型(xing)（適於小型拖(tuo)拉機(ji)）尺(chi)寸(cun)：寬(kuan) 229cm，長(chang) 396cm，高(gao) 152cm，重635kg
• 運(yun)載車輛小馬力(li)：30hp（因地形(xing)、速(su)度和(he)土壤(rang)質(zhi)地(di)不同(tong)而(er)有所變化）
• 輪(lun)胎型(xing)號(hao)：P20 R75公路輪(lun)胎
• 測(ce)量速(su)度：可達(da)20km/hr
• 工作(zuo)溫度：-20－70°C

軟(ruan)件(jian)界面 

應(ying)用案(an)例

下圖(tu)為(wei)美國(guo)堪薩斯(si)州立大(da)學G.F. Sassenrath等人（2017年(nian)）在其(qi)農(nong)業實(shi)驗站(zhan)利用VERIS 3100車載式土壤(rang)電導(dao)率測(ce)量系(xi)統所做(zuo)的研(yan)究(jiu)。A圖(tu)為(wei)電導(dao)率分(fen)布，B圖(tu)為(wei)玉米(mi)產(chan)量，從圖(tu)中(zhong)很(hen)容易看(kan)出A圖(tu)綠(lv)色(se)低電(dian)導(dao)率區(qu)域與(yu)B圖(tu)綠(lv)色(se)高(gao)產(chan)量區(qu)域相關(guan)性(xing)，從而為(wei)作(zuo)物(wu)的灌溉(gai)、播種、施(shi)肥等綜(zong)合管(guan)理(li)決(jue)策(ce)提(ti)供(gong)精(jing)準(zhun)數據。 

產(chan)地

美國(guo)

選(xuan)配技術方案

• 可選(xuan)配高(gao)光(guang)譜(pu)成(cheng)像(xiang)以(yi)評(ping)估(gu)土(tu)壤微生(sheng)物(wu)呼吸(xi)作(zuo)用(yong)
• 可選(xuan)配紅外(wai)熱成(cheng)像(xiang)研(yan)究(jiu)土(tu)壤水分(fen)、溫度變化對(dui)呼(hu)吸(xi)影響(xiang)
• 可選(xuan)配ECODRONE®無人機(ji)平臺搭(da)載高(gao)光(guang)譜(pu)和(he)紅外(wai)熱成(cheng)像(xiang)傳(chuan)感器進(jin)行(xing)時空 格(ge)局(ju)調查研(yan)究(jiu)

部(bu)分(fen)參(can)考文(wen)獻(xian)

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