Assessment and monitoring of soil quality using near‐infrared reflectance spectroscopy (NIRS)
Authors: Cécillon L. , Barthès B. G. , Gomez C. , Ertlen D. , Genot V. , Hedde M. , Stevens A. , Brun J. J. 
Published: August 2009

Soil degradation processes have dramatically increased in their extent and intensity over the last decades. Progressively, actions have been taken in order to evaluate and reduce the major threats that have already wreaked havoc on soil conditions. Efficient and standardized monitoring of soil conditions is thus required but soil quality research is facing an important technological challenge because of the number of properties involved in soil quality. The objective of the present review is to examine critically the suitability of near‐infrared reflectance spectroscopy (NIRS) as a tool for soil quality assessment. We first detail the soil quality‐related parameters (chemical, physical and biological) that can be predicted with NIRS through laboratory measurements. The ability of imaging NIRS (airborne or satellite) for mapping a minimum data set of soil quality is also discussed. Then we review the most recent research using soil reflectance spectra as an integrated measure of soil quality, from global site classification to the prediction of specific soil quality indices. We conclude that imaging NIRS enables the direct mapping of some soil properties and soil threats, but that further developments to solve several technological limitations identified are needed before it can be used for soil quality assessment. The robustness of laboratory NIRS for soil quality assessment allows its implementation in soil monitoring networks. However, its routine use requires the development of international soil spectral libraries that should become a priority for soil quality research.

Résumé

Evaluation et surveillance de la qualité des sols par spectroscopie proche infrarouge (SPIR)

Les processus de dégradation des sols ont fortement augmenté au cours des dernières décennies. Des mesures sont progressivement mises en place afin d’évaluer et de limiter l’impact des principales menaces qui ont déjà provoqué une diminution préoccupante de la qualité des sols. Des méthodes efficaces et standardisées de suivi de la qualité des sols sont donc indispensables, mais les nombreuses propriétés impliquées dans la qualité des sols compliquent son évaluation rigoureuse. L’objectif de cette revue est d’examiner le potentiel de la spectroscopie proche infrarouge (SPIR) comme outil rapide de caractérisation de la qualité des sols. Nous dressons d’abord l’inventaire des propriétés du sol liées à sa qualité qui sont prédictibles par des mesures SPIR en laboratoire. Le potentiel de l’imagerie embarquée SPIR (satellite, avion) est également abordé. Nous réalisons ensuite une synthèse des applications utilisant la réflectance spectrale des sols comme mesure intégrée de leur qualité, depuis la classification de sites selon leur état de dégradation jusqu’à la prédiction d’indices spécifiques de qualité du sol. Nous concluons que l’imagerie SPIR permet de cartographier quelques propriétés et menaces pesant sur les sols, mais les limites technologiques relevées exigent d’importants développements pour en faire un outil robuste d’évaluation de la qualité des sols. La fiabilité de la technique SPIR par mesures en laboratoire permet sa mise en œuvre rapide dans les réseaux de mesures de la qualité des sols. Toutefois, son utilisation en routine nécessitera le développement de librairies spectrales internationales, qui devrait constituer une des priorités de recherche sur la qualité des sols.