High Dimensional Reflectance Analysis of Soil Organic Matter

Abstract

Recent breakthroughs in remote‐sensing technology have led to the development of high spectral resolution imaging sensors for observation of earth surface features. This research was conducted to evaluate the effects of organic matter content and composition on narrow‐band soil reflectance across the visible and reflective infrared spectral ranges. Organic matter from four Indiana agricultural soils, ranging in organic C content from 0.99 to 1.72%, was extracted, fractionated, and purified. Six components of each soil were isolated and prepared for spectral analysis. Reflectance was measured in 210 narrow (10‐nm) bands in the 400‐ to 2500‐nm wavelength range. Statistical analysis of reflectance values indicated the potential of high dimensional reflectance data in specific visible, near‐infrared, and middle‐infrared bands to provide information about soil organic C content, but not organic matter composition. Although reflectance in the visible bands (425–695 nm) had the highest correlation (r = −0.991 or better) with organic C content among the soils having the same parent material, these bands also responded significantly to Fe‐ and Mn‐oxide content. For soils formed on different parent materials, five long, middle‐infrared bands (1955–1965, 2215, 2265, 2285–2295, and 2315–2495 nm) gave the best correlation (r = −0.964 or better) with organic C content. Several wavebands were identified in which the soils were separable, but the reflectance response was dominated by soil factors other than organic matter content, indicating that choice of wavebands should not be based on spectral curve separability alone.

Influência da matéria orgânica e de formas de ferro na reflectância de solos tropicais

“…Antes das medições espectroradiométricas, foi feita uma preparação das amostras por secagem em estufa a 45 o C durante 24 horas (HENDERSON et al, 1992), seguida de moagem e peneiramento em peneira de malha de 2 mm. Em seguida, acondicionaram-se as amostras em placas de Petri com diâmetro de 11 cm e altura de 1,2 cm.…”

“…Assim, nas faixas de comprimento de onda relativas a este sensor, determinaram-se valores médios de reflectância. Para cada banda aplicou-se o teste de Tukey entre as amostras-testemunha e as tratadas, semelhante aos procedimentos realizados por HENDERSON et al (1992). A Figura 1 ilustra a seqüência metodológica adotada.…”

“…MATHEWS et al (1973) observaram que em solos de clima temperado a matéria orgânica causava uma diminuição da reflectância e uma absorção da energia entre 400 e 1.300 nm. COURAULT e GIRARD (1988), HENDERSON et al (1992) e MADEIRA NETTO et al (1993) verificaram que tal diminuição abrangia todo o espectro óptico, como aqui observado. Portanto, sua remoção causa um aumento significativo de reflectância dos solos.…”

“…Dessa forma, podese afirmar que a matéria orgânica, por ter baixo nível de reflectância e praticamente não apresentar feições espectrais de absorção, quando presente em mistura com material de maior reflectância, diminui a reflectância e, conseqüentemente, reduz o contraste das feições de absorção do material. Poderia ser esperado que os constituintes da fração orgânica estivessem interferindo neste processo de análise espectral, como observado por HENDERSON et al (1992), para quem os ácidos fúlvicos refletem mais que os húmicos. No presente caso, entretanto, tais elementos encontram-se com teores semelhantes (Quadro 5), e, assim, apresentaram influência indistinta.…”

“…Nesse aspecto, OBUKHOV e ORLOV (1964) verificaram que os ácidos fúlvicos e húmicos eram influenciadores da reflectância. Por outro lado, a complexidade da constituição da matéria orgânica torna difícil a compreensão de aspectos mais detalhados da sua influência sobre a reflectância dos solos (HENDERSON et al, 1992). MADEIRA NETTO (1996) observa que a complexidade da matéria orgânica dos solos é muito grande e merece maiores estudos para compreender melhor seu comportamento espectral.…”