Uso della spettrometria di riflettanza diffusa (DRS) e bi-direzionale ...

Rivista italiana di Telerilevamento - 2008, 40 (1): 21-34
Uso della spettrometria di riflettanza diffusa (DRS) e
bi-direzionale (BRF) per lo studio dei suoli vulcanici europei
Vincenzo Michele Sellitto 1 , Vidal Barrón 2 , Giuseppe Palumbo 1 ,
Roberto Salzano 3 e Claudio Colombo 1
1 Dipartimento di Scienze Animali Vegetali e dell’Ambiente, Università del Molise, Via De Sanctis -
86100 Campobasso, Italia. E-mail: sellitto@unimol.it
2 Departemento de Ciencias y Recursos Agricolas y Forestales, Universidad de Córdoba,
Edificio Celestino Mutis, Campus de Rabanales - 14080 Córdoba, Spagna
3 CNR, Istituto sull’Inquinamento Atmosferico, via Salaria km 29300 - 00016 Monterotondo
Stazione, Roma, Italia
Riassunto
In questa ricerca la spettrometria di riflettanza diffusa e bidirezionale è stata applicata per
caratterizzare alcune importanti proprietà chimiche e mineralogiche dei suoli vulcanici. Lo
studio è stato effettuato su 77 suoli provenienti da diverse nazioni europee. La spettrometria
di riflettanza diffusa è stata usata insieme a dei processi di parametrizzazione degli spettri,
tra cui la derivata seconda della funzione di Kubelka-Munk e il calcolo del colore. Dalle
curve di derivazione è stata osservata ed identificata una banda centrata a circa 450 nm.
L’analisi statistica ha mostrato una significativa correlazione tra l’ampiezza di questa banda
è il contenuto di ferro estratto in ditionito Fe d (r = 0,6). Inoltre i risultati hanno indicato
che la sostanza organica, Al d e il Fe p sono risultati moderatamente correlati con i valori di
riflettanza posizionati a 546, 579 e 2048 m.
Parole chiave: riflettanza diffusa, riflettanza bidirezionale, ossidi di ferro, suoli vulcanici
Diffuse and bi-directional reflectance spectrometry to study European volcanic soils
Abstract
Diffuse and bi-directional reflectance spectroscopy were applied in this research in order
to characterize chemical and mineralogical properties in volcanic soils. The study was
conducted on 77 volcanic soil profiles from several European countries. Diffuse reflectance
spectroscopy was used in conjunction with parameterization using the second derivative
of the Kubelka-Munk function and colour calculation. From derivative curves, one band
of interest was characterized and identified around 450 nm. Using correlation analysis,
significant relationships were observed between amplitude of this band and Fe d (r = 0.6).
In addition, the data showed that soil organic matter content, Al d and Fe p were moderately
correlated with reflectance values centered at 546, 579 and 2048 nm.
Keywords: diffuse reflectance, bi-directional reflectance, iron oxydes ,vulcanic soils
Introduzione
L’attenzione della comunità scientifica si è recentemente focalizzata sullo studio ed il monitoraggio
del territorio. Tale crescente interesse è frutto sia dell’introduzione di nuova sensoristica
per l’osservazione da remoto del territorio, sia della disponibilità di nuove complesse
procedure di trattamento statistico delle informazioni raccolte. Il telerilevamento, di
conseguenza, è sempre più in grado di soddisfare la richiesta di informazioni riguardo le
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Sellitto et al. Uso della spettrometria DRS e BRF per lo studio dei suoli vulcanici
risorse superficiali terrestri tra cui il suolo ha un ruolo di primo piano. Quindi, la conoscenza
della risposta spettrale del suolo mediante la spettrometria è un argomento emergente e
rappresenta un elemento chiave per definire il passaggio del dato telerilevato da un livello
qualitativo ad uno quantitativo [Escadafal et al.,1989]. Numerose ricerche riguardano lo
studio della riflettanza nel dominio ottico-riflessivo (350-2500 nm) per la caratterizzazione
dei suoli, come strumento alternativo ai più complessi e costosi metodi di analisi di laboratorio
[Demattê et al., 2004; Nanni e Demattê, 2006]. L’ipotesi principale su cui si basa la
spettrometria di riflettanza è considerare il suolo come una miscela di componenti aventi
diverse caratteristiche cromatiche e con differente capacità di assorbire o/e riflettere la luce
in funzione della lunghezza d’onda. Quando un raggio di luce policromatica colpisce la
superficie di un suolo può essere riflesso o assorbito. La parte di luce riflessa può essere
quindi misurata e la sua variazione è legata alle caratteristiche chimiche e mineralogiche
della superficie analizzata. La riflettanza del suolo è una proprietà cumulativa risultante
dal comportamento spettrale intrinseco di combinazioni eterogenee di minerali, sostanza
organica e acqua [Baumgardner et al., 1985]. In termini generali ogni tipo di suolo ha una
specifica firma spettrale caratterizzata da un continuum di riflettanza, (cioè, brillanza e forma)
che dipende dalla sua composizione chimica e mineralogica [Hunt, 1982; Clark, 1999;
Scheinost e Schwertmann, 1999]. Gli spettri presentano bande di assorbimento che sono
attribuite prevalentemente alle transazioni elettroniche e vibrazioni molecolari del reticolo
cristallino dei minerali primari e secondari del suolo [Baumgardner et al., 1985; Sherman
e Waite, 1985]. Alcune caratteristiche bande di assorbimento del visibile possono essere
impiegate per identificare sia minerali del ferro con maggiore cristallinità (ematite e goethite)
che minerali a basso ordine cristallino (ferridrite) [Kosmas et al., 1986; Schenoist et
al., 1998]. Ulteriori informazioni su questi minerali possono essere ottenute attraverso l’uso
di adeguati metodi di parametrizzazione tra cui l’applicazione della derivata seconda agli
spettri di riflettanza [Scheinost et al., 1998]. La via percorribile per sviluppare queste nuove
applicazioni sono le misure di riflettanza realizzabili in campo e in laboratorio, eseguibili
con l’impiego di spettrofotometri da laboratorio UV, VIS e NIR e di spettroradiometri portatili
[Ben-Dor e Banin, 1995].
Solitamente gli spettroradiometri sono usati in misurazioni da campo come “ground truth”
per la calibrazione, validazione ed interpretazione di dati telerilevati, multi ed iperspettrali.
Più recentemente questa strumentazione è stata utilizzata in laboratorio per acquisire gli
spettri di riflessione (firme spettrali) di campioni di suolo. Tali ricerche hanno avuto lo scopo
di approfondire alcune proprietà chimiche, mineralogiche del suolo sulla base della risposta
spettrale nel visibile e nel vicino infrarosso [Escadafal R., 1993; Ben-Dor et al. 1999; Leone
et al., 2002]. Da diverso tempo in questo ambito di ricerca è l’uso dello spettrofotometro per
misure di riflettanza in laboratorio [Torrent e Barrón, 1993; Malengreau et al., 1994; Sellitto
et al., 2007]. Entrambe le tecniche spettroscopiche di riflettanza diffusa (DRS) e riflettanza
bidirezionale (BRF) esaminano gli spettri di riflettanza nella regione del visibile (VIS, 350-
700 nm), del vicino infrarosso (NIR 700-1300 nm) e onde corte infrarosse (SWIR, 1300-2500
nm) ma si differenziano sostanzialmente per la geometria del raggio riflesso misurato è per il
tipo di preparazione del campione. Lo spettrofotometro misura la riflettanza “diffusa” definita
come il rapporto tra l’intensità della luce riflessa da un oggetto, in tutte le direzioni e l’intensità
della luce incidente, perpendicolarmente, su di esso [Bédidi e Cervelle, 1996]. Lo spettroradiometro,
invece, misura la riflettanza “bi-direzionale”, definita come il rapporto tra la radiazione
riflessa da un oggetto e quella riflessa da un pannello standard di riferimento, illuminato
ed osservato nelle stesse condizioni dell’oggetto. Il termine bi-direzionale fa riferimento ai
due angoli coinvolti nella misura, uno per la posizione della sorgente ed uno per la posizione
del sensore [Milton, 1987]. Inoltre con la DRS si utilizzano piccole quantità di suolo che
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Rivista italiana di Telerilevamento - 2008, 40 (1): 21-34
vengono pretrattate in modo da ridurre fenomeni di scattering e le scansioni generalmente
richiedono tempi piuttosto lunghi in modo da ottenere spettri di buona qualità. Al contrario
la BRF permette di ottenere misure in tempi più ridotti e con la possibilità di ottenere lo stesso
dettaglio di informazioni rispetto a quelle ottenute con la DRS. Inoltre gli spettroradiometri,
essendo strumenti portatili, possono effettuare misure direttamente in campo su superfici di
suolo indisturbato di dimensioni variabili (da qualche centimetro a diversi metri). L’uso degli
spettroradiometri in laboratorio su campioni di suolo resta ancora limitato in quanto le misure
non sono state sufficientemente standardizzate, cosi come è stato fatto per le misurazioni di
campo [Sandmeier, 2000]. Questo studio realizzato su un set di suoli vulcanici appartenenti
a diverse aree europee ha lo scopo di a) valutare gli effetti sia dell’angolo di misura che della
granulometria sulla riflettanza-bidirezionale misurata in laboratorio e b) studiare le relazioni
tra proprietà spettrali e proprietà chimiche dei suoli anche tramite l’impiego della spettroscopia
derivata applicata agli spettri di riflettanza diffusa (400-700 nm).
Materiali e metodi
Sono stati campionati 77 profili di suoli vulcanici in differenti regioni d’Europa (Italia, Portogallo,
Islanda, Spagna, Francia e Ungheria). Sui campioni di suolo sono state effettuate le
misure di riflettanza diffusa (DRS) e di riflettanza bi-direzionale (BRF). Gli ossidi di ferro
sono stati quantificati mediante estrazioni chimiche selettive. In particolare gli ossidi di ferro
cristallini sono stati stimati con il trattamento con sodio ditionito, i minerali a scarso ordine
cristallino con ossalato di ammonio ed infine i metalli complessati con la sostanza organica
mediante trattamento con sodio pirofosfato [Cornell e Schwertmann, 1996]. Si è proceduto,
inoltre, ad un trattamento selettivo specifico per eliminare la sostanza organica mediante ossidazione
con ipoclorito di sodio.
Acquisizione degli spettri di Riflettanza Diffusa (DRS)
Le misure di riflettanza diffusa sono state realizzate su campioni sia tal quale che dopo ossidazione
con ipoclorito di sodio. Entrambi i campioni sono stati macinati in mortaio d’agata
fino ad ottenere una granulometria uniforme di circa 1000 nm. Le misure sono state ottenute
utilizzando uno spettrofotometro JASCO 560 equipaggiato con una sfera d’integrazione di
73 mm di diametro, nell’intervallo 350-900 nm, con una risoluzione spettrale di 0,5 nm. Il
bianco standard è stato ottenuto con solfato di bario [Merck DIN 5033]. Successivamente gli
spettri sono stati parametrizzati utilizzando le tecniche della derivata seconda e il calcolo del
colore [Torrent e Barrón, 1993].
Acquisizione degli spettri di riflettanza bi-direzionale (BRF)
Le misure di riflettanza bi-direzionale sono state realizzate in accordo a Salzano et al. [2007]
utilizzando uno spettroradiometro mod. ASD - FieldSpec 350 - 2500 nm nell’intervallo
400-2500 nm, con una risoluzione spettrale di 1 nm. I suoli sono stati posti in un contenitore
circolare di 10 cm di diametro e 2 cm di profondità in modo da ottenere una superficie
perfettamente orizzontale ed evitare fenomeni di riflessione speculare [Hapke, 1981; Leone
et al., 2002]. Le misure sono state eseguite posizionando il sensore a circa 30 cm dal target
e due lampade al tugsteno da 100 W di potenza sono state utilizzate come fonte di illuminazione.
L’ apparato ottico (sensore, lampade e target) è stato coperto da possibili influenze
di radiazione esterne con una scatola di colore nero (Fig. 1). Particolare attenzione è stata
data al sistema di acquisizione e alla tipologia del campione di suolo analizzato. In una
prima fase le misure di riflettanza sono state acquisite su campioni di suolo setacciato a < 2
mm e su campioni di suolo setacciato e successivamente finemente macinato in mortaio di
agata per 10 minuti. Il sensore è stato posizionato a 90° e successivamente a 15°, 35°, 45°
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Sellitto et al. Uso della spettrometria DRS e BRF per lo studio dei suoli vulcanici
Figura 1 - Schema del sistema acquisizione
delle misure di riflettanza bi-direzionale
(BRF). L’apparato ottico (sensore,
lampade e target) è stato coperto
da una scatola di colore nero per escludere
possibili influenze di radiazione
esterne.
e 55° sia sul lato destro che sinistro del target per un totale di 9 diversi tipi di acquisizioni
(Fig. 2). Il bianco standard è stato misurato nelle stesse condizioni utilizzando un pannello
di politetrafluoroetilene. Entrambi gli spettri DRS e BRF sono stati filtrati, utilizzando un
algoritmo Savitzky-Golay [1964] per ridurre il rumore strumentale senza alterare la forma
delle curve di assorbimento. Successivamente, utilizzando l’analisi di correlazione lineare
sono stati incrociati tutti i valori di riflettanza bi-direzionale per ciascuna lunghezza d’onda
con i parametri chimici (% di sostanza organica e l’ alluminio, silicio, ferro e manganese
estratti con ditionito, ossalato e pirofosfato).
DRS-Parametrizzazione degli spettri e calcolo del colore
Gli spettri di riflettanza diffusa sono stati convertiti (integrando la riflettanza spettrale a ciascuna
delle funzioni di distribuzione del colore) nei valori tristimulus X, Y e Z del sistema
colorimetrico C.I.E. [Wyszecki e Stiles, 1982; Torrent e Barrón, 1993]. Successivamente i
valori tristimulus sono stati convertiti nel sistema Munsell utilizzando i diagrammi cromatici
di Nickerson [Wiszecki e Stiles, 1982].
Figura 2 - Rappresentazione
delle misure
angolari. Le misure di
riflettanza bidirezionale
sono state ottenute a
diversi angoli del sensore
rispetto al target
sia sul lato destro che
sul lato sinistro.
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Rivista italiana di Telerilevamento - 2008, 40 (1): 21-34
DRS-Parametrizzazione degli spettri e “derivata seconda”
Gli spettri di riflettanza diffusa sono stati trasformati nelle rispettive funzioni di remissione
(funzione di Kubelka - Munk) e successivamente sono stati calcolati i parametri della
derivata seconda. La ‘funzione di remissione’ [1] definita dalla teoria di Kubelka-Munk
[1931], è l’equazione che esprime la relazione tra la riflettanza diffusa (R), i coefficienti di
assorbimento (K) e di dispersione (S). Questa equazione nella sua forma più semplificata
è espressa come:
F(R)= K/S = (1-R) 2 /2R [1]
Le funzioni ottenute con la derivata seconda degli spettri di riflessione sono risultate poco
risolte a seguito di un elevato rumore strumentale. Per tale motivo le funzioni derivate sono
state opportunamente filtrate con specifici sistemi di smoothing. In questa ricerca è stato
applicato l’algoritmo di tipo Savitzky-Golay [1964] sugli spettri di remissione e successivamente
sulle funzioni ottenute con la derivata seconda.
Risultati e discussione
BRF-Influenza del pretrattamento del campione sulle misure di riflettanza bi-direzionale
Per valutare l’effetto delle irregolarità della superficie è stata misurata la riflettanza su un
gruppo casuale di campioni di suolo facendo variare l’angolo di misura del sensore rispetto
al target. Le Figure 3 e 4 mostrano gli spettri di riflettanza di campioni ottenuti setacciando
le particelle di suolo a < 2 mm. In tali Figure è possibile osservare la maggiore variabilità
della riflettanza nella regione delle onde corte infrarosse (SWIR, 2300 - 2500 nm) al variare
dell’angolo di acquisizione. Tale comportamento è da attribuire all’effetto ombra determinato
dalla irregolarità della superficie per effetto della rugosità delle particelle.
Figura 3 - Curve di riflettanza bi-direzionale di un campione setacciato a < 2mm
ottenute variando l’angolo del sensore rispetto il target (Campione EUR_01_
BW2).
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Sellitto et al. Uso della spettrometria DRS e BRF per lo studio dei suoli vulcanici
Infatti la Figura 4 mostra uno spettro di riflettanza di un campione di suolo finemente macinato
dove è possibile notare la minore variabilità della riflettanza in tale regione rispetto
al campione setacciato. In tutti gli spettri analizzati è stato osservato che, pur variando la
riflettanza al variare dell’angolo di acquisizione, la forma, la posizione e l’intensità delle
curve di assorbimento restano fondamentalmente inalterate. Queste ultime, infatti, sono
determinate dalle transizioni di stato dei legami molecolari delle componenti del suolo e
pertanto sono strettamente legate alla natura chimica e mineralogica del campione.
BRF-Variazione della riflettanza-bidirezionale in funzione dei parametri chimici
Terminata la prima fase di messa a punto del pretrattamento del campione di suolo si è
preceduti all’acquisizione degli spettri posizionando il sensore in posizione verticale (90°)
rispetto al target. Tale configurazione ottica permette di minimizzare l’influenza della radiazione
speculare ed ottenere spettri direttamente sul campione setacciato e macinato.
Sulla base della fase preliminare sono state effettuate 9 misure di riflettanza bidirezionale
per ciascun campione e lo spettro finale è stato ottenuto dalla media delle misure, come
riportato in recenti lavori [Demattè et al., 2004]. Questa configurazione dello spettroradiometro
in laboratorio ha permesso di conseguire una specifica risposta spettrale dei campioni
di suolo in modo da evidenziare le caratteristiche bande di assorbimento (Fig. 5).
In particolare gli spettri di riflettanza ottenuti hanno presentano bande di assorbimento posizionate
a circa 1400, 1900 e 2200 nm associate alla presenza di minerali argillosi [Baumgardner
et al.; 1985 Demattè et al., 2004].
Tali spettri sono stati parametrizzati con lo scopo di identificare le diverse caratteristiche
mineralogiche dei suoli vulcanici sulla base della specifica risposta spettrale nel dominio
ottico riflessivo compreso tra 400- 2500 nm [Clark, 1999]. In particolare è stato osservato
che i valori di riflettanza bi-direzionale risultavano sensibilmente influenzati dal contenuto
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Figura 4 - Curve di riflettanza bi-direzionale di un campione setacciato e macinato
ottenute variando l’angolo del sensore rispetto al target (Campione EUR_
01_BW2).

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Figura 5 - Esempio di Spettri di riflettanza bi-direzionale ottenuti con lo spettroradiometro
FieldSpec nella regione 350 - 2500 nm . La serie di spettri si riferisce
all’intera sequenza di orizzonti del profilo EUR010 con le particolari caratteristiche
tipiche dei suoli vulcanici.
della sostanza organica del suolo [Hoffer e Johannsen, 1969; Galvao e Vitorello, 1998].
Successivamente sono stati calcolati i coefficienti di correlazione (r) tra i valori di riflettanza
in funzione della lunghezza d’onda ed alcuni elementi chimici determinati mediante
le estrazioni chimiche selettive e relazionati con i minerali amorfi e cristallini del ferro e
dell’alluminio. I risultati hanno mostrato valori di (r) relativamente significativi posizionati
nella regione VIS-NIR (Fig. 6, 7). E’ stata osservata una significativa correlazione tra il
ferro estratto con il pirofosfato (Fe p ) e la banda di assorbimento a 579 nm (Fig. 8).
Inoltre il carbonio organico è risultato negativamente correlato con la stessa banda a 596
nm (r = -0,53***) indicando chiaramente l’effetto della sostanza organica sulla risposta
spettrale dei suoli vulcanici nella regione del visibile [Galvao e Vitorello, 1998]. Tale risultato
mette in evidenza il ruolo dei minerali amorfi del ferro associati con la sostanza organica
del suolo. L’ alluminio estratto in ditionito (Al d ), che è in parte relazionato con i minerali
alluminosilicati a scarso ordine cristallino come le allofane e l’imogolite, ha mostrato una
significativa correlazione con la banda di assorbimento a circa 2048 nm (r= -0,60***, Fig. 9).
Tali risultati suggeriscono che mediante gli spettri di riflessione sia del VIS che del NIR si
possono ottenere interessanti informazioni riguardo alcune importanti proprietà mineralogiche
tipiche dei suoli vulcanici.
DRS-Applicazione della derivata seconda alle curve di riflettanza diffusa e studio del
colore
Gli spettri di riflessione ottenuti nel dominio del VIS (400-900 nm) hanno mostrato un picco
di minima ed uno di massima, rispettivamente posizionati intorno ai valori medi 421 e
450 nm (Fig. 10). L’ampiezza di tale banda è stata calcolata effettuando la differenza della
posizione dei due picchi ed è stata associata con la presenza di goethite nel suolo [Sherman
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Sellitto et al. Uso della spettrometria DRS e BRF per lo studio dei suoli vulcanici
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Figura 6 - Coefficienti di correlazione (r) in funzione della lunghezza d’onda
compresa tra 400 e 2500 nm per gli elementi Al, Fe, Si e Mn estratti con ossalato
ammonico.
Figura 7 - Coefficienti di correlazione (r) in funzione del contenuto di sostanza
organica (SO) e degli elementi Al, Fe e Mn estratti con ditionito.

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Figura 8 - Correlazione tra il valori di riflettanza a 579 nm e il ferro estratto
in pirofosfato (Fe p ).
Figura 9 - Correlazione tra il valori di riflettanza a 2048 nm e l’alluminio
estratto in dithionito (Al d ).
e Waite, 1985; Torrent e Barrón, 1993]. L’assenza della banda di assorbimento a 535 nm è
da mettere in relazione con la mancanza di ematite nei suoli vulcanici studiati. Inoltre è stato
osservato un rilevante fenomeno di dispersione (scattering) probabilmente dovuto ad alcune
proprietà mineralogiche della goethite (sostituzione isomorfa, geometria e dimensione
dei cristalli ecc.) oltre che alla presenza di altri minerali con diverso effetto pigmentante
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Sellitto et al. Uso della spettrometria DRS e BRF per lo studio dei suoli vulcanici
[Schenoist et al., 1998]. A tale fenomeno può contribuire in modo significativo la sostanza
organica per il maggiore effetto disperdente di questa componente colloidale del suolo. Gli
effetti dei fenomeni di interferenza rendono più complessa la quantificazione della banda a
450 nm della goethite (A Go ). Infatti in tali condizioni si riduce l’accuratezza della stima del
contenuto di questo idrossido di ferro nel suolo [Sellitto et al., 2005].
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Figura 10 - Curva di derivata seconda. È visibile la banda di assorbimento caratteristica
della goethite a circa 450 nm (A Go ).
Figura 11 - Correlazioni lineari tra % Fe d e l’ampiezza della banda di assorbimento
a 421nm (A Go ), campioni tal quale.

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Figura 12 - Correlazioni lineari tra % Fe d , e l’ampiezza della banda di assorbimento
a 421nm (A Go ), campioni trattati con ipoclorito di sodio.
L’ampiezza della banda a 421 nm calcolata sugli spettri ottenuti dai campioni trattati con ipoclorito
ha evidenziato un leggero incremento della correlazione lineare tra la banda (A Go ) ed il
contenuto di ferro estratto in ditionito (Fig. 11, 12). Tale risultato conferma l’effetto mascherante
della sostanza organica sulle proprietà spettrali degli ossidi di ferro [Schulze et al., 1993].
Dagli spettri di riflessione ottenuti con la tecnica DRS sono stati calcolati i parametri del
colore dei suoli vulcanici secondo il sistema Munsell [Torrent e Barrón,1993]. I suoli vulcanici
hanno mostrato colori che variano dal bruno scuro (10 YR) al rossastro chiaro (7,5
YR) fino al giallo chiaro (1 YR) con value compresi tra 3,8 e 7,4 e chroma compreso tra 1,5
e 5,4. Significative correlazioni sono state osservate tra il contenuto di sostanza organica ed
i parametri del colore ottenuti con la scala Munsell (Tab. 1). In particolare i valori di value
sono diminuiti in modo significativo con l’aumentare del contenuto della sostanza organica
del suolo. I valori chroma Munsell ottenuti dagli spettri di riflettanza diffusa sono apparsi
significativamente correlati con il contenuto di ferro estratto con il ditionito (r = 0,62**) e
con quello estratto in ossalato (r = 0,49**).
Tale risultato è particolarmente interessante perché indica che una componente importante
del colore come il chroma è condizionata dalla presenza di minerali del ferro, poco cristallini
come la ferridrite, o cristallini come l’ematite e la goethite [Torrent al. 1983; Escadafal,
1993; Sellitto et al., 2007]. Infatti gli ossidi di ferro, anche se presenti in quantità molto
piccole, grazie al loro forte potere pigmentante sono in grado di condizionare il grado di saturazione
del colore del suolo. Al contrario l’influenza della sostanza organica sul colore è
stata principalmente osservata sulle variazioni del parametro value (luminosità) del sistema
Munsell [Henderson et al., 1992; Galvao e Vitorello, 1998]. Infatti i dati del colore indicano
che per valori di sostanza organica molto bassi la luminosità è fortemente influenzata
mentre per valori più elevati, superiori al 10%, tale effetto si riduce sensibilmente [Schulze
et al., 1993].
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Sellitto et al. Uso della spettrometria DRS e BRF per lo studio dei suoli vulcanici
Conclusioni
I risultati di questa ricerca indicano che gli ossidi di ferro influenzano in modo significativo
il comportamento spettrale dei suoli vulcanici ed esistono relazioni molto importanti tra
proprietà cromatiche dei suoli e composizione mineralogica. Tali proprietà possono essere
di grande interesse per valutare in modo rapido e con tecniche relativamente semplici la
pedogenesi dei suoli in ambienti vulcanici. In particolare sono state osservate diverse significative
correlazioni tra risposta spettrale e proprietà chimiche dei suoli. L’applicazione
della derivata seconda agli spettri di riflettanza ha permesso di identificare una banda di
assorbimento posizionata a 450 nm la cui ampiezza è risultata significativamente correlata
con il contenuto di ferro estratto in ditionito. Tale risultato è di particolare interesse perché
indica la presenza di goethite in questi ambienti vulcanici. Tale ossido di ferro sembra essere
particolarmente diffuso in questi suoli e condiziona la forma e l’andamento degli spettri
di riflettanza in relazione anche al contenuto di sostanza organica. Infine, la macinazione
del campione per pochi minuti in mortaio d’agata e la realizzazione di un contenitore che
racchiuda l’apparato ottico permette di ottenere misure spettroradiometriche di riflettanza
più precise e standardizzate in tempi molto ridotti. In linea generale i risultati di questa
ricerca confermano la validità di entrambe le tecniche spettrometriche (DRS) e (BRF) applicate
allo studio delle proprietà chimiche e mineralogiche del suolo.
Ringraziamenti
Gli autori ringraziano tutti i partecipanti al programma COST 622 Soil Resources of European
Volcanic Systems ed i dott.ri Ruggero Casacchia (CNR - Dipartimento Terra e Ambiente)
e Rosamaria Salvatori (CNR - Istituto sull’Inquinamento Atmosferico) per la loro
disponibilità e per l’utilizzo dello spettroradiometro FieldSpec. La ricerca è stata finanziata
dal Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca (MIUR), progetto PRIN ban-
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Tabella 1 - Coefficienti di correlazione lineare (r) fra parametri
cromatici di Munsell (Hue; Value; Chroma), e sostanza organica
(C.org), alluminio (Al D ), ferro (Fe D ) e manganese (Mn D )
estratti con ditionito; allumino (Al O ), ferro (Fe O ), manganese
(Mn O ) e silicio (Si O ) estratti con ossalato; alluminio (Al P ), ferro
(Fe P ) e manganese (Mn P ) estratti con pirofosfato(** correlazione
è significativa al livello 0,01; * correlazione è significativa al
livello 0,05).
Hue Value Chroma
C.Org -0,36 (**) -0,53 (**) -0,13
Al d -0,15 -0,35 (**) -0,39 (**)
Fe d -0,17 -0,33 (**) -0,62 (**)
Mn d -0,21(*) -0,35 (**) -0,26 (**)
Al o -0,10 -0,30 (**) -0,32 (**)
Fe o -0,11 -0,33 (**) -0,49 (**)
Mn o -0,05 -0,18 -0,35 (**)
Si o -0,19 -0,33 (**) -0,15
Al p -0,24(*) -0,38 (**) -0,33 (**)
Fe p -0,24(*) -0,64 (**) -0,22 (*)
Mn p -0,16 -0,43 (**) -0,007

Rivista italiana di Telerilevamento - 2008, 40 (1): 21-34
do 2005, Metodologie Avanzate in Pedologia e Pedometria: Applicazioni alla Sostenibilità
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Manoscritto ricevuto il 14/11/2007, accettato il 28/12/2007.
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