土壤颜色是土壤最重要的形态特征之一,是土壤物质组成及其性质的反映。为了准确的测定土壤的颜色,通过土壤颜色判断和研究成土气候环境、土壤肥力特征及其土壤类型,就可以使用分光测色仪。本文介绍了分光测色仪在土壤颜色测定中的应用。
土壤颜色如何测量的
色卡对土壤颜色的判断:
土壤颜色是人对土壤的直观感觉之一,是土壤在可见光波段的反射光谱特性,是土壤剖面特征描述的重要内容。土壤系统分类中土壤颜色判别主要依据Munsell色空间绘制的土壤色卡,将土壤颜色用色调(H)、明度(V)、彩度(C)进行解释,明确土壤颜色在土壤Munsell色卡中的位置。利用色卡目测土壤颜色易受主客观条件影响,例如判别者色彩敏感度,判别土壤颜色时周围光线、空气湿度等环境条件。
随着光学技术进步,测定土壤颜色的仪器设备已被陆续研发。光谱仪、数码相机及更便捷的手机均可用于测定土壤颜色,却也存在部分问题,如光谱仪等较大型的设备便携性较差,价格昂贵;数码相机、手机这类便携式拍摄装置由于采用不同厂商的感光元件,且无校正,对同一土壤颜色还原程度仍有差距。能提供准确的色彩信息的便携式测色仪逐渐应用于测定土壤颜色,可以实现对土壤颜色更准确、快捷的判断,为土壤研究提供更精准的颜色信息。
传统土壤颜色的测定主要是采用土壤色卡目测法。目测法在实验室内利用《中国标准土壤色卡》进行,比色时段控制在日出后3h后至日落前3小时间,此时段为目测物体颜色的标准自然光,同时避免在阳光直接照射下比色。比色环境内无彩色面积过大物体,如红砖墙等。将供试土样平铺置于白瓷盘内,淡色土使用灰色卡框,深色土采用黑色卡框遮蔽其余部分。对比色卡HV/C值,最接近者为目测土壤颜色,若明度、彩度位于二者之间,可取平均值。实验者同一实验室内判别3次,后再由另一实验者判别,无争议后确定土样最终目测颜色并记录。
随土壤颜色与土壤理化性质之间的深入研究发现,采用Munsell色卡目测存在较大主观性,且为定性结果,难区别细微色差,数学分析较难。实验中发现采用Munsell色卡目测较测色仪精度更低,采用测色仪对土壤颜色进行判别,能避免目测判别中的主观误差,利用测色仪内置标准光源等设置减少环境造成的客观误差。目前土壤颜色描述以HV/C色度指标为主,应用则多为L*、a*、b*等色度指标,采用能获取多种色空间、色度指标的色差仪,更利于提升研究土壤颜色的数据种类、数量。
分光色差仪在土壤上的应用:
土壤会根据其环境的湿度、无机物、深度等因素颜色有所变化。所以很多土壤学者也会利用色差仪,测试分析土壤的颜色,从而计算出土壤环境的各种数据,来评定其对农作物的影响。此外,色差仪还可以通过这个方法分析地外星球的土壤样品,推算外星环境的情况。
Munsell色卡是测定土壤颜色的传统工具,而测色仪是测定土壤颜色的新兴仪器。利用统计参数及相关颜色差异等级,比较2种原理、价格不同的测色仪测定川中丘陵区27个拟定土系共97个过2 mm筛风干土壤Munsell颜色与利用《中国标准土壤色卡》目测(即目测法)的差异。结果表明,川中丘陵区风干土壤色调集中于YR色调,未出现RP色调,明度较高,彩度较低。2种测色仪均较目测法测定土壤Munsell颜色色调偏黄,但明度、彩度较一致;以目测值为参照,CM600d实测值和Nix校正值的色调、明度、彩度均方根误差(RMSE)分别为1.74、0.98、0.97和2.04、0.57、0.88,与目测差异等级为“微弱”、“明显”和“强烈”数量分别为90.72%、8.25%、1.03%和84.54%、14.43%、1.03%,表明使用2种测色仪均能辅助研究者判别土壤颜色,提高土壤颜色判别精确度,Nix测定土壤Munsell颜色明度更接近目测,且更具价格优势。