土壤粒度对基于近红外离散波长土壤全氮预测精度影响

摘要：

土壤粒度是对土壤近红外光谱造成严重干扰的主要因素之一.通常在样本前处理阶段采用研磨和过筛土壤来降低土壤粒度干扰,在数据处理阶段通过对连续光谱微分法等数学方法消除土壤粒度干扰.但是对于近红外波段离散波长的建模,至今没有有效的方法消除土壤粒度干扰.为此,提出了土壤粒度修正法以解决土壤粒度干扰消除难题.首先建立土壤粒度修正模型,将农田采集的标准土壤在实验室烘干消除水分后,进行土样配置,得到4个土壤粒度(2.0,0.9,0.45,0.2 m m)和6个全氮浓度等级(0,0.04,0.08,0.12,0.16,0.2 g·kg-1)的96个土壤样本.采用M A T RIX-Ⅰ型傅里叶变换近红外光谱仪采集土壤样本近红外光谱,计算四个不同粒度(每个粒度包含24个土壤样本)和全部土壤样本在每个波长处(850～2500 nm)所有样本间吸光度的光谱标准偏差,分析得到土壤粒度的特征波段为1361和1870 nm.采用特征波段吸光度比值作为单一输入变量建立SVM土壤粒度分类模型,土壤粒度整体分类准确率为93.8％,表明对土壤粒度进行分类是可行的.选择本研究团队开发的基于近红外波段离散波长(1070,1130,1245,1375,1550,1680 nm)吸光度的车载土壤全氮检测仪对提出的土壤粒度修正模型进行验证.结果表明修正后粒度为2.0,0.9和0.45 mm的吸光度和原始土壤吸光度分别降低了62％,74％,111％ 和61％.表明土壤粒度修正法可以显著减小土壤粒度干扰.最后采用BPNN建立不同吸光度的全氮模型,相较于原始吸光度模型,修正后的土壤吸光度模型R2v提高了25％.表明提出的土壤粒度修正法可以显著减小土壤粒度对近红外光谱离散波长吸光度的干扰,提高车载土壤全氮检测仪的测量精度.

关键词：土壤粒度干扰;近红外离散波长;光谱标准偏差;土壤粒度修正法;SVM

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分类号：O433.4(光学)

资助基金：国家重点研发计划;国家重点研发计划;国家自然科学基金

在线出版日期：2021-12-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共6页

页码：3682-3687