Use of Hyperspectral and Biochemical Data from Black Spruce Needles to Map Soils at a Forest Site in Manitoba

RÉSUMÉ

SUMMARY

Biochemical assessment of Black Spruce (Picea mariana Mill.) needles collected from trees near Thompson, Manitoba reveals that there are concentrations of potassium (K) in them which reflect the K distribution in the rooting zone. Exchangeable potassium amounts ranged from low to high at lowland/upland locations and were found to be associated with either poorly or well-drained brunisol and luvisol soils. An ammonium-acetate extraction performed on soil samples established that K is in an available form for uptake by the Spruce trees overlying them. A relatively high degree of correlation exists between plant K content and its magnitude in the soil (r=0.868). Comparison of mean spectral signatures between needles with low and high K concentrations showed statistically significant differences in their response patterns in the green and infrared edge wavelength regions. Pearson Product Moment correlation analysis of foliar K content and original and first derivative spectra found that these differences were, to a considerable degree, attributable to K content variability. These relationships indicate that hyperspectral scrutiny of Spruce needles, in conjunction with biochemical examination, may be a useful method for indirectly mapping upland and lowland soils in this area.

L'évaluation biochimique des aiguilles d'épinette noire (Picea mariana Mill.) prélevées sur des arbres dans la région de Thompson, au Manitoba, révèle des concentrations de potassium (K) à l'intérieur de celles-ci reflétant la distribution de K dans la rhizosphère. Les quantités de potassium échangeable varient de faibles à élevées dans les zones de plaine ou de relief accidenté et il est possible d'associer ces quantités avec les brunisols et les luvisols caractérisés aussi bien par un mauvais qu'un bon drainage. Une extraction à l'acétate d'ammonium réalisée sur les échantillons a établi que K est présent dans le sol sous une forme disponible pour captation par les épinettes. Il existe un degré relativement élevé de corrélation entre le contenu en K de la plante et sa magnitude dans le sol (r=0.868). La comparaison des signatures spectrales moyennes entre les aiguilles présentant des concentrations faibles et élevées de K montre des différences statistiques significatives dans les patrons de réponse dans les régions du vert et à la limite de l'infrarouge. Une analyse de corrélation de type PPM (Pearson Product Moment) du contenu en K foliaire et des spectres originaux et des dérivées premières a permis de déceler que ces différences étaient largement attribuables à la variabilité du contenu en K. Ces relations indiquent que l'examen des aiguilles d'épinette à l'aide de l'outil hyperspectral, en conjonction avec l'examen biochimique, peut constituer une méthode utile pour cartographier indirectement les sols en plaine et en relief accidenté dans ce secteur.

Additional information

Notes on contributors

G.J. Cwick

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Gary J. Cwick is with the Department of Geosciences, Southeast Missouri State University, One Univesity Plaza, Cape Girardeau, Missouri, 63701–4799.

M.T. Aide

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Michael T. Aide, Department of Agriculture, Southeast Missouri State University, One Univesity Plaza, Cape Girardeau, Missouri, 63701–4799.

M.P. Bishop

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Michael P. Bishop is with the Department of Geography & Geology, University of Nebraska, Omaha, 68182.