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[期刊] 西北农林科技大学学报(自然科学版)
[作者]
刘雪梅 章海亮
【目的】采用近红外光谱和不同建模方法测定土壤中的有机质和速效P含量。【方法】分别采集江西不同地区的土样240个,采集土壤样品的近红外漫反射光谱,以对光谱数据进行主成分分析得到的前6个主成分(PCs)和偏最小二乘回归(PLSR)建模得到的6个潜在变量(LVs),分别作为反向传播神经网络(BPNN)和偏最小支持向量机(LS-SVM)的输入变量,共建立6个模型,分别为主成分回归(PCR)、PLSR、BPNN-PCs、BPNN-LVs、LS-SVM-PCs和LS-SVM-LVs,并对这些建模方法预测土壤有机质和速效P含量的结果进行评价,从中筛选出最佳模型。【结果】在预测土壤有机质和速效P含量时,LS-...
[期刊] 中国农业科学
[作者]
卢艳丽 白由路 杨俐苹 王红娟
【目的】土壤有机质含量是反映土壤肥力的重要特征,利用高光谱技术对有机质(OM)含量进行定量化反演为土壤信息化管理和资源评价提供了重要的依据。【方法】利用ASD2500高光谱仪在室内条件下测定了风干土壤样品的可见—近红外光谱,分析了不同区域范围土壤光谱反射率曲线形状变化和土壤有机质含量的变化特点,并针对东北地区以黑土为主的土样光谱反射率不同变换形式与有机质含量进行了相关性分析。【结果】结果表明,有机质含量较高的黑土的光谱曲线与其它土壤类型的光谱曲线在形状上有很大差异,即在600～900nm附近,以黑龙江土样为代表的东北黑土表现为直缓上升,而河南和山东的潮土则表现为曲陡上升。相关分析结果表明,土壤...
关键词：
光谱 有机质 模型
[期刊] 中国农业科学
[作者]
贺军亮 蒋建军 周生路 徐军 蔡海良 张春耀
目的应用高光谱技术阐释土壤有机质光谱规律及对有机质在土壤中的含量进行定量分析,为土壤肥力测定和评价提供指导。方法利用ASD FieldSpec Pro地物光谱仪在自然环境条件下对不同有机质含量的土壤样本进行光谱测量。通过对获取的土壤样品高光谱反射率进行倒数、导数、对数和标准化比值变换,运用统计单相关方法进行分析。结果确定了511 nm波长为诊断土壤有机质含量的敏感波段,采用450～750 nm可见光波段反射率均值对507～516 nm敏感范围反射率均值进行标准化比值处理后获得的有机质诊断指数(OII)对土壤有机质含量的估算精度较高,它们存在着简单的线性相关关系。结论土壤有机质诊断指数(OII)...
[期刊] 中国农业科学
[作者]
姜桂英 张玉军 魏喜 张东旭 刘世亮 柳开楼 黄绍敏 申凤敏
【目的】比较长期施肥定位站点的土壤有机质红外光谱,旨在探究不同碳饱和程度下土壤有机质光谱特征。【方法】基于进贤红壤和原阳潮土长期定位试验站典型施肥处理,利用碳饱和公式计算两个站点不同处理的碳饱和水平,通过傅里叶红外光谱测定不同处理的土壤有机质官能团特征,分析不同站点不同处理间有机碳饱和特征及光谱特征。【结果】原阳潮土的土壤有机碳年变化率与碳投入之间呈线性关系,但进贤红壤则呈"曲线"关系。进贤红壤的碳饱和亏缺度(saturation deficit,SD)为0.118—0.413,显著小于原阳潮土的0.462—0.616。进贤红壤和原阳潮土的处理中含有相同的官能团:芳香类碳(1 636 cm~(-1),695 cm~(-1)),脂肪族碳(3 000—2 850 cm~(-1),1 455 cm~(-1)),碳水化合物或多糖类(1 080 cm~(-1),1 033 cm~(-1)或1 034 cm~(-1)),有机态硅类(1 100—1 008 cm~(-1),526cm~(-1),795 cm~(-1),778 cm~(-1),470 cm~(-1))。进贤红壤的芳香族、脂肪族和硅类特征峰的吸收强度明显高于原阳潮土的偏施肥处理;而原阳潮土偏施肥和有机肥处理的羧基类、烷烃类和碳水化合物类特征峰的吸收强度明显高于进贤红壤有机肥处理。综合分析两个站点各处理,土壤有机碳含量与透光率之间呈显著负相关关系。相对于原阳潮土,进贤红壤各处理碳投入、土壤黏粒含量和铁铝氧化物含量均较高,且进贤为水田双季稻轮作制度,水分管理措施更有利于土壤有机碳的累积。【结论】综合两站点的土壤有机碳年变化率与碳投入关系以及碳亏缺度显示进贤红壤有机碳已经趋于饱和,而原阳潮土则还距碳饱和较远。两站点的红外光谱特征表明进贤红壤以芳香族、脂肪族和硅类等难分解惰性官能团为主,而原阳潮土则以羧基类、烷烃类和碳水化合物类易分解官能团为主。红外光谱透光率水平可以半定量土壤有机质官能团。
[期刊] 中国农业科学
[作者]
侯化刚 王丹阳 马斯琦 潘剑君 李兆富
【目的】探究土壤有机质和盐分的光谱响应，分析不同盐分含量对土壤有机质预测模型的影响，建立快速、有效的盐渍土有机质含量高光谱预测模型。【方法】以黄河三角洲地区粉质壤土为研究对象，根据不同盐分含量将土壤样本分为非盐（SA）、轻度（SB）、中度（SC）和重度（SD)4组，分别进行室内高光谱测量；其次采用双因素方差分析法，探究土壤有机质和盐分光谱响应程度；进而对原始光谱（raw spectral reflectance,R）进行一阶微分（first order differential reflectance,FD）、连续统去除（continuous statistical removal,CR）、对数（logarithmic,Log）和多元散射校正（multipication scatter correction,MSC)4种变换；最后分别基于盐渍土的4组样本结合4种变换光谱构建多元线性回归（multiple linear regression,MLR）、偏最小二乘回归（partial least squares regression,PLSR）和支持向量回归（support vector machine,SVR)3种土壤有机质含量高光谱预测模型。【结果】土壤有机质和盐分在400—900 nm范围内光谱响应程度显著且变化规律基本一致，二者的敏感波段存在重叠；通过划分不同盐渍度分组建模能够提高土壤有机质预测精度，且随着盐分含量增加，模型的预测精度下降，FD处理更能突出光谱特征差异，提高有机质含量与光谱反射率的相关性。对比3种模型结果，利用FD处理结合SVR建立土壤有机质预测模型精度最高，最优结果建模集和验证集的决定系数R~2为0.86、0.82，均方根误差RMSE为2.71、2.96 g·kg~(-1)，相对分析误差RPD为2.42。【结论】土壤盐分与有机质在可见光波段附近（400—900 nm）的敏感波段存在重叠，通过划分不同盐渍度能够有效提高有机质预测模型精度。
关键词：
盐渍土 有机质 光谱响应 高光谱预测
[期刊] 林业科学
[作者]
高志海 白黎娜 王琫瑜 李增元 李晓松 王玉魁
在对2个荒漠化典型区土壤采样、化验分析和光谱测量的基础上,分析荒漠化土地土壤的反射光谱特征及土壤有机质的光谱敏感范围,构建多种土壤有机质含量高光谱估测模型。结果表明:荒漠化土地土壤具独特的波浪型光谱曲线,其主要特点是在可见光和近红外的500～900nm光谱范围存在一个明显的弓形突起区,其对提取土壤有机质信息有实际意义;相关分析发现,在中心波长分别为600和830nm的可见光和近红外光光谱范围分别存在1个有机质光谱敏感区;土壤有机质含量高光谱估测模型验证结果表明,利用波长588nm处的反射光谱对数lgR588和反射光谱倒数1/R588以及波长835nm处的反射光谱倒数的导数(1/R835)'和反...
[期刊] 中国农业科学
[作者]
杨梅花 赵小敏
【目的】变量选择是可见光-近红外光谱研究至关重要的步骤,通过分析可见光-近红外光谱不同特征的选择方法筛选出土壤全氮敏感波段,建立基于敏感波段的土壤全氮最佳预测模型,为土壤全氮的快速定量估算提供重要的理论指导依据。【方法】在红壤典型地区江西省吉安县采集代表性土壤样品120个,对可见光-近红外光谱采用主成分分析(PCA)、无信息变量消除(UVE)和无信息变量消除后结合连续投影(UVE-SPA)3种变量特征选择方法,建立基于不同变量选择的偏最小二乘回归(PLSR)模型、最小二乘-支持向量机(LS-SVM)、反向传播神经网络(BPNN)和遗传算法优化的反向传播神经网络(GA-BPNN)模型,从模型对预...
[期刊] 西南农业学报
[作者]
文锡梅 兰安军 易兴松 张吟 李洋 秦志佳
【目的】利用高光谱数据定量反演喀斯特地区土壤有机质含量,为喀斯特地区快速、大范围、实时地监测土壤有机质含量提供更多的技术手段。【方法】利用机载高光谱成像系统和便携式地物光谱仪分别获取土壤光谱数据,基于原始光谱反射率和不同光谱变换数据,分析其与土壤有机质含量的相关性,以偏最小二乘法建立模型预测土壤有机质含量。【结果】2种数据源都可以用于土壤有机质含量预测,其中,基于ASD光谱一阶微分变换建立的模型预测精度较高,验证集决定系数(Rv~2)为0.910,相对分析误差(RPD)为2.68;基于GS光谱二阶微分变换建立的模型预测效果较好,验证集Rv~2为0.772,RPD为1.49。【结论】ASD光谱与GS光谱建模预测精度相差较大,ASD光谱客观条件影响较小、光谱波段更宽、光谱分辨率更高,具有更好的预测能力;低空无人机获取的GS光谱也具有一定的预测能力。
关键词：
高光谱 土壤有机质 喀斯特 偏最小二乘法
[期刊] 西北农林科技大学学报(自然科学版)
[作者]
郝勇 余永建 朱胜虎
【目的】采用近红外光谱(Near-infrared spectroscopy,NIRS)分析技术对食醋中的总酸和还原糖进行快速定量分析,为食醋品质的检测提供技术支持。【方法】用近红外透射光谱法采集食醋的光谱信息,用Savitzky-Go-lay一阶导数和小波导数(Wavelet derivative,WD)对采集到的食醋光谱进行预处理,采用连续投影算法(Successiveprojections algorithm,SPA)的波长筛选方法对食醋的总酸以及还原糖定量分析模型进行优化。【结果】食醋光谱经小波导数预处理和基于SPA的波长优选后,总酸和还原糖含量分析精度得以提高,模型得到简化。总酸的预...
[期刊] 中国农业科学
[作者]
南锋 朱洪芬 毕如田
【目的】针对黄土高原丘陵地多、地形复杂、有机质含量低、采样困难以及因采煤活动引起大面积土地损毁等问题，在土地复垦与综合整治过程中，为快速定量监测与评估复垦农田土壤质量提供一种新的方法。【方法】以山西省襄垣县复垦农田土壤为研究对象，选取由北向南土地损毁中间条带状区域采集样品１５２个，进行室内土壤农化分析、光谱测定，运用Ｐａｒ Ｌｅｓ ３．１软件对光谱曲线进行多元散射校正（ｍｕＬｔｉＰｉｃａｔｉｏｎ ｓｃａｔｔｅｒ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ，ｍｓｃ）、基线偏移（ｂａｓｅＬｉｎｅ ｏｆｆｓｅｔ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ，ｂｏｃ）和ｓａｖｉｔｚｋｙ－ＧｏＬａｙ ｆｉＬｔｅｒ平滑去噪预处理。对土壤原始光谱反射率．．．
[期刊] 西南农业学报
[作者]
杨邵文 沈强 夏可 胡青青 张世文
【目的】本文旨在探究矿业复垦土壤有机质含量的快速估测方法,为矿业复垦土壤质量快速监测提供技术参考。【方法】以湖北省某矿业复垦区作为研究对象,对复垦土壤光谱反射率进行了3种光谱变换;以全波段和显著性波段(与有机质含量的相关系数通过P=0.05检验)为2种建模数据,采用偏最小二乘回归(Partial Least Squares Regression,PLSR)、随机森林回归(Random Forest Regression,RFR)以及支持向量机(Support Vector Machine, SVM)3种方法,建立并优化遴选土壤有机质含量反演模型,并基于优化模型进行算术平均值二次估测。【结果】对于PLSR与SVM模型,采用显著性波段建模R~2和RPD整体上更高,而RFR模型采用全波段建模R~2和RPD较高;基于显著性波段建立的一阶微分PLSR模型稳定性与预测能力最好,R~2和RPD分别为0.77和2.14;与传统的单一模型相比,采用算术平均值二次估测能够在一定程度上提升估测精度,尤其是标准正态变换方式下提升空间更大,表现出了较好的稳定性与预测能力。【结论】建模数据的选取是影响模型精度的重要因素;对光谱数据进行一阶微分变换后,可以使模型拥有更好的估测效果;基于优化模型耦合算术平均的二次估测模型较单一模型效果更佳,在标准正态形式下的PLSR(全波段)+RFR(全波段)模型反演效果相对较好。
关键词：
高光谱 土壤有机质 反演模型 显著性波段
[期刊] 中国农业科学
[作者]
张北举 陈松树 李魁印 李鲁华 徐如宏 安畅 熊富敏 张燕 董俐利 任明见
【目的】高粱是酿酒和饲料的主要原料之一,其籽粒直链淀粉含量与支链淀粉含量的比值大小与白酒品质及饲料质量密切相关。传统的高粱成分化学检测方法已不适合高通量测试,采用改进最小二乘法(modified PLS)对高粱样品的近红外光谱图进行光谱预处理、得分处理和结果监控建立高粱籽粒直链淀粉、支链淀粉含量的预测模型,旨在得到一种快速高效低成本的检测方法,为高粱的遗传改良及品质分析提供依据。【方法】从450份高粱资源中筛选出112份代表品种作为校正集和验证集,通过双波长法测定112份高粱品种籽粒中直链淀粉、支链淀粉含量的化学值,并收集波长为850—1 048 nm的近红外光谱,对光谱进行扫描数据矩阵和化学数据计算得分(PL1)处理解释光谱间差异,剔除马氏距离(GH)大于3的超常品种以减小建模误差。采用Modified PLS回归技术建模,通过不同散射处理和导数处理等方法建立不同的定标模型。根据交叉验证标准偏差(SECV)、交叉验证相关系数(1-VR)确定最佳模型,并进行结果监控和非参数检验评估模型的预测性能。【结果】直链淀粉的近红外预测模型SECV是2.7732,1-VR是0.9503,相关系数(RSQ)是0.9688。Bias=0.2290.05;P=0.992>0.05)。【结论】所建立的近红外模型精准度高,稳定性好,能准确快速地检测高粱籽粒中直链淀粉、支链淀粉的含量,可用于高粱的遗传改良及高粱品质的检测。
[期刊] 中国农业大学学报
[作者]
刘广霖 郭焱 劳彩莲 徐兴阳 秦春丽
为实时、准确地获取原位土壤含水量信息，利用可见／近红外光谱技术，分别使用全局偏最小二乘（ＰＬＳ）建模、局部ＰＬＳ建模方法，对田间原位土壤含水量进行快速估测。结果表明：全局ＰＬＳ模型中，其建模集的决定系数（Ｒ～２）、交叉验证均方根误差（ＲＭＳＥＣＶ）分别为０．９４３和１．７５０％，检验集的决定系数（Ｒ～２）、预测均方根误差（ＲＭＳＥＰ）分别为０．９５６和１．２６０％。局部ＰＬＳ模型中，分别比较了选取定标子集的２种方法（欧氏距离法和马氏距离法），采用欧氏距离法和马氏距离法选取定标子集进行建模的Ｒ～２值分别为０．９７４和０．９７９，ＲＭＳＥＰ值分别为０．９７６％和０．９４３％。因此，将可见／近红外光．．．
[期刊] 福建农林大学学报(自然科学版)
[作者]
邱壑 陈瀚阅 邢世和 张黎明 董新宇
为了探究耕地土壤有机质含量与卫星影像光谱间的关系,确定土壤有机质的光谱特征,构建土壤有机质含量反演模型.利用Hyperion高光谱卫星影像和福建省三明市80个土壤调查样点分析数据,对土壤有机质与光谱指数相关性进行了分析;在提取特征光谱指数的基础上,分别基于敏感波段和特征指数建立线性模型和多元逐步回归模型.结果表明:土壤有机质含量在Hyperion高光谱782.95813.48 nm波段具有良好的响应能力;反射率的一阶导数所建立的模型拟合效果最优,其R2为0.777,RMSE为5.31,验证模型有机质实测值
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