基于可见近红外光谱技术的林地土壤氮含量测定.pdfVIP

第29卷，第6期 光谱实验室 V01．29，No．6 201 ChineseJournal 2年11月 of 2 Spectroscopy Laboratory 基于可见／近红外光谱技术的 林地土壤氮含量测定① 刘彦姝② 潘勇4 (湖南大众传媒职业技术学院长沙市星沙经济开发区特立路5号410100) n(中南大学地球科学与信息物理学院长沙市410083) 摘 要提出一种利用可见／近红外光谱技术进行杉木林土壤全氮测定的方法。利用不同方法实现了 波除噪结合多远散射校正能最有效地消除原始光谱的噪声与背景信息，此时PLS模型校正集与预测集R2 0．91 7，具有比PLS算法更高的精度。结果表明：以可见／近红外光谱技术进行林地土壤氮含量快速监测是 可行的，其中小波去噪结合多元散射校正系光谱预处理的优选方法，而LS—SVR则是建模的优选方法。 关键词可见／近红外光谱；氮；土壤肥力；偏最小二乘；支持向量机 中图分类号：$714．5；0657．33文献标识码：B 1 引言 林地土壤肥力监测是林业管理的基础，而氮含量的监测是其中关键的一环。目前，林业土壤氮 含量的监测一般采用传统的化学分析方法，即在林间取样后带回实验室以半微量凯氏定氮法测定 全氮含量[1]。化学分析方法虽然有结果可靠的特点，但存在耗费大，耗时长，操作复杂等缺陷，在大 批量取样检测中的应用受到很大限制。故如何实现林地土壤氮含量的快速、准确测定，是一个尚待 解决的问题。 可见／近红外光谱技术因其快速、高效以及无损的特点[2]，引起了各领域的广泛关注，已在农作 物、农产品的分析以及有机体营养元素的测定等方面获得了成功的应用口-5]。如果能将这一技术应 用于土壤氮含量的测定，将有望实现土壤氮含量的快速获取，从而为土壤肥力指标的获取提供一种 快速测定的方法。本文将探讨以可见／近红外光谱进行林地土壤氮含量快速测定的可行性，并寻找 优化的光谱预处理与建模算法以求取更精准的估测结果。 2 实验部分 2．1 试验仪器 2500nm；光谱分辨率在700nm为、3nm，1400、2100nm为10nm。 ①国家“973”计划前期研究专项(2007CB416608)资助 ②联系人，手机：(oE—mail：Pan—csul970@163．tOM 作者简介：刘彦姝(1976一)女，湖南省祁东县人，副教授，从事光谱信息处理方面的研究工作。 收稿日期：2012—05—17}接受日期：2012—08—14 万方数据 光谱实验室 第29巷 2．2数据采集 于杉木林中以环刀采取土样带回实验室，恒温干燥、粉碎搅匀后盛放于玻璃皿中进行光谱扫 描。光谱采集于暗室中进行，以卤紊灯为光源，选用3。视场角探头。探测器头部与样本之间保持垂 值。光谱数据采集后，以半微量凯氏定氮法测定各样本的全氮含量。共采集数据148份，随机抽取 i00份作为训练集，其余48份作为预测集。数据在Unscramble9．8与Matlab7．0中进行处理。 2．3光谱数据预处理 首先采用小波阚值去噪法对光谱进行去噪(小波各参数的选择参照文献[6])，并与传统的平滑 与滤波方法进行比较以选取较优的噪声去除方法。随后将去噪后的光谱以基线校正、标准化、归一 化以及多元散射校正等方法进行处理，比较分析后选用较优的背景去除方法。因光谱在2350一 2500nm波段信噪比过低，故仅选用350--2350nm波段进行分析。 2．4建模分析 偏最小二乘(Partial[．east Vect