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[期刊] 沈阳农业大学学报
[作者]
徐厚生 王继春
随着工业化的不断推进，土壤重金属污染情况十分严重。重金属污染对于环境保护，人类安全都有很大的影响。砷作为一种毒性很强的重金属元素，对其进行反演研究，这对环境保护有着重要意义。传统的土壤重金属含量检测方法多为繁杂的实验室化学处理方法，耗费大量时间且成本高昂。为研发一种快速、准确检测土壤砷含量的方法，首先在可见光-近红外光波段获得原始反射光谱，使用三波段光谱指数分析波段间的相互作用，利用相关系数法获得最优的光谱参数组合，从而提取优质光谱特征。双隐含层极限学习机（TELM）是一种前馈神经网络模型。TELM在单隐含层极限学习机的基础上引入了新的隐含层和学习机制，有较高的性能。但是由于TELM第一隐含层参数是随机获得的，容易导致模型的不稳定，利用粒子群优化（PSO）算法对该层参数进行寻优。PSO是一种经典的智能优化算法，具有很强的全局搜索能力。针对PSO容易陷入局部最优点的缺点，引入新的交叉策略，通过该交叉策略，可以帮助其摆脱局部最优，并提出基于三波段光谱指数和交叉粒子群算法的双隐含层极限学习机混合模型（TPC-TELM）。为验证模型的有效性，将其与多个机器学习模型（如单层极限学习机和TELM等）进行对比，并引入均方根误差（RMSE）和皮尔逊相关系数（r）作为性能指标来衡量模型的性能。结果表明：利用三波段光谱指数可以帮助提取优质光谱特征，通过引入交叉策略，增强模型的探索能力。相对于其他几个机器学习模型，TPC-TELM模型的RMSE最小，为0.680 9,r值最大，为0.865 6，说明所提出模型的优越性和有效性。
[期刊] 西南农业学报
[作者]
彭一平 刘振华 王璐 赵理 胡月明
【目的】为更快速准确地估算土壤全钾含量。【方法】本文以土壤高光谱数据和实验室分析所得的土壤全钾含量数据为数据源,研究土壤光谱与土壤全钾含量的关系。在土壤原始光谱预处理的基础上,对其进行光谱平滑、一阶微分、二阶微分和倒数对数等光谱变换处理,筛选出与对土壤全钾含量相关性最高的光谱指标,最终建立模型预测土壤全钾含量。【结果】基于一阶微分变换的光谱变量是估算土壤全钾含量的最佳光谱指标,其构建的土壤全钾高光谱反演模型(y=2E+06x~2+11328x+16.372)效果最佳,决定系数R~2为0.64,均方根误差RMSE为4.850 g/kg。【结论】利用该模型快速估算广东省土壤全钾含量是可行的。
关键词：
土壤全钾 高光谱指标 反演模型 华南地区
[期刊] 湖南农业大学学报(自然科学版)
[作者]
李亮亮 张聪 曹坤 黎帅锋
针对Elman神经网络在土壤重金属含量预测时出现预测精度低、模型收敛速度慢等问题，提出一种自适应进化模型(AEM)。该模型以Elman神经网络为基础，运用贝叶斯正则化优化Elman神经网络的目标函数，提高网络模型预测精度；为解决网络模型收敛速度慢和易陷入局部极值等缺陷，采用自适应灰狼算法(AGWA)对网络模型初始参数进行优化；采用基于熵权距离的离群点检测法剔除数据中的离群点，以降低离群点对预测结果的干扰。以武汉市农业科学院采集的农田土壤重金属含量数据进行预测试验，AEM模型预测重金属含量的平均绝对误差和平均绝对百分比误差分别为1.623和17.48%，其决定系数比Elman的提高了0.394。AEM、自调整反距离加权插值模型(SIDIM)、小波神经网络模型(CBSA–WNN)、双向门控循环神经网络模型(SBGRNN)及Elman神经网络模型等5种不同预测模型进行对比试验表明，AEM模型在土壤重金属含量预测上具有更高的准确性。消融试验结果表明，贝叶斯正则化优化、自适应灰狼算法优化和基于熵权距离的离群点检测的离群点数据剔除等3个改进点对于提升土壤重金属含量预测精度均有一定的贡献。
[期刊] 湖南农业大学学报(自然科学版)
[作者]
李亮亮 张聪 曹坤 黎帅锋
针对Elman神经网络在土壤重金属含量预测时出现预测精度低、模型收敛速度慢等问题，提出一种自适应进化模型(AEM)。该模型以Elman神经网络为基础，运用贝叶斯正则化优化Elman神经网络的目标函数，提高网络模型预测精度；为解决网络模型收敛速度慢和易陷入局部极值等缺陷，采用自适应灰狼算法(AGWA)对网络模型初始参数进行优化；采用基于熵权距离的离群点检测法剔除数据中的离群点，以降低离群点对预测结果的干扰。以武汉市农业科学院采集的农田土壤重金属含量数据进行预测试验，AEM模型预测重金属含量的平均绝对误差和平均绝对百分比误差分别为1.623和17.48%，其决定系数比Elman的提高了0.394。AEM、自调整反距离加权插值模型(SIDIM)、小波神经网络模型(CBSA–WNN)、双向门控循环神经网络模型(SBGRNN)及Elman神经网络模型等5种不同预测模型进行对比试验表明，AEM模型在土壤重金属含量预测上具有更高的准确性。消融试验结果表明，贝叶斯正则化优化、自适应灰狼算法优化和基于熵权距离的离群点检测的离群点数据剔除等3个改进点对于提升土壤重金属含量预测精度均有一定的贡献。
[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] 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] 沈阳农业大学学报
[作者]
许童羽 方健羽 郭忠辉 白驹驰 金忠煜 于丰华
土壤氮元素是土壤肥力的一个重要指标，掌握土壤氮元素含量的变化是观测农作物的发育状况及时空变化规律等的基础。利用高光谱对土壤氮元素进行反演，可为精准农业地表土壤元素快速测定提供参考。为实现对土壤中氮元素含量的快速测定，以沈阳农业大学海城试验田为例，对土壤原始反射率进行了一阶导数变换，运用等距特征映射算法（isometric feature mapping,lsomap）、竞争性自适应重加权采样法（competitive adapative reweighted sampling, CARS）对一阶导数光谱数据进行降维并提取出相关特征。运用BP神经网络（back propagation neural network,BPNN）、GA优化（GA-BPNN）以及经过NSGA-Ⅲ优化后的BP神经网络（NSGA-Ⅲ-BPNN）3种分析方法建立土壤全氮的高光谱反演模型，并利用决定系数（R~2）和均方根误差（root mean square error,RMSE）对反演模型进行评价。结果表明：经过ISOMAP进行的降维相对于CARS能有效的对特征进行提取。优化后的神经网络模型建立的土壤养分含量预测模型优于未优化的神经网络，能极好地预测土壤中的氮元素含量。基于Isomap降维后的NSGA-Ⅲ-BPNN的模型的反演模型预测效果最好，最终预测土壤全氮含量训练集为R~2=0.842、RMSE=0.077，测试集R~2=0.826、RMSE=0.089。反演精度高于GA-BPNN和BPNN的模型反演精度，与其他模型组合相比，该组合可以为土壤氮元素含量的反演研究提出一种新的方法。
[期刊] 中国农业科学
[作者]
陈红艳 赵庚星 李希灿 陆文利 隋龙
【目的】对土壤高光谱数据去噪提纯,提高土壤速效钾含量高光谱估测模型的精度和实用性。【方法】选取土壤有机质、碱解氮、有效磷含量近似而速效钾含量差异较大的样本76个,对土壤样本反射率对数的一阶导数光谱分别基于4种函数进行多层小波离散分解;提取小波低频系数,构建土壤速效钾含量高光谱估测模型。【结果】小波分解1—3层获得的低频系数可用以代表原始光谱。基于各小波函数相同尺度的低频系数,土壤速效钾含量估测建模精度差异不大。其中基于Bior 1.3函数分解的第2层低频系数建模精度略高,作为最佳估测模型,在数据压缩到25%、反映输入光谱信息95.6%的基础上,建模R2达到0.976,RMSE为10.66 mg...
关键词：
高光谱 土壤速效钾 小波分析 小波系数
[期刊] 中国农业科学
[作者]
翟清云 张娟娟 熊淑萍 刘娟 杨阳 马新明
【目的】叶片氮素状况是小麦生产中精确施氮管理与调控的前提,实时无损监测叶片氮素状况对小麦生产管理具有重要意义。本文旨在综合分析不同环境下小麦冠层光谱响应差异,进而构建其估测模型,为小麦氮肥合理运筹提供技术支持。【方法】本研究基于3种不同土壤质地(砂土、壤土和黏土)、5种不同施氮水平(0、120、225、330和435 kg.hm-2)及3种河南省主栽小麦品种(矮抗58、周麦22和郑麦366)连续2年的大田试验,于小麦主要生育时期同步测定冠层光谱反射率和叶片氮含量,对3种不同土壤质地条件下小麦冠层叶片氮含量的高光谱响应差异进行比较,系统分析350—1 050 nm波段范围内任意两波段组合而成的差...
[期刊] 西北农林科技大学学报(自然科学版)
[作者]
樊小林 姜井军 张一平 李玲
西安市郊供试菜园土壤和蔬菜中金属元素含量差异显著,近郊9块菜地土壤全量和DTPA态Pb,Cd,Cr,Cu,Zn,Mn的平均含量均大于对照,其中Pb,Cd累积量较大。在研究的11种蔬菜中,苋菜和韭菜的重金属累积量较大,而大辣子和西红柿的累积量较小。蔬菜吸收重金属除受元素有效性影响外,还受土壤和大气污染的干扰。
关键词：
重金属元素 郊区土壤 蔬菜 累积量
[期刊] 自然资源学报
[作者]
张娟娟 田永超 姚霞 曹卫星 马新明 朱艳
基于高光谱(350~2 500 nm)数据,研究了我国中、东部地区5种主要类型土壤全氮含量与高光谱反射率之间的定量关系,构建了基于偏最小二乘法(PLS)、BP神经网络(BPNN)和特征光谱指数的土壤全氮含量估算模型。结果表明,以500~900 nm、1 350~1 490 nm区域波段反射率经Norris滤波平滑后的一阶导数光谱为基础,构建的基于PLS和BPNN的土壤全氮含量估算模型精度较高,建模决定系数分别为0.81和0.98;独立观测资料检验结果显示,模型预测决定系数分别为0.81和0.93,均方根误差RMSE为0.219 g.kg-1和0.149 g.kg-1,相对分析误差RPD为2.2...
[期刊] 中南林业科技大学学报
[作者]
石润 吴晓芙 李芸 冯冲凌 李韵诗
综述了文献报道的应用于重金属污染土壤治理的超积累、本土和生态-经济型植物种类。超积累植物具有抗性强、耐受重金属浓度高和转移系数大的优点,不足之处是大多数超积累植物适生范围窄,生物量小、富集总量小,以至修复周期长。在复合重金属污染场地的治理中,多金属超积累植物的筛选已成为新的关注点。为了发挥植物修复技术在重建植被与景观、控制水土流失、丰富生物多样性、提高土地利用价值等诸多方面的功能,有必要扩大植物种类筛选与应用的范围。利用适生的本土先锋植物生长快的优势,结合用材、工业原料、药用、能源、景观等生态-经济型植物的功能构建复合植被群落,可望成为发展植物修复技术的新趋势。
[期刊] 中国农业科学
[作者]
曾希柏 李莲芳 梅旭荣
【目的】为系统了解并客观评价中国菜地土壤的重金属含量状况,促进中国蔬菜生产向优质高效方向发展。【方法】系统收集了1989年以来中国蔬菜土壤重金属研究的相关资料,并利用相关方法对所收集到的数据进行了统计分析。【结果】中国菜地土壤重金属中以Zn含量最高,其次是Cr,再次是Cu;而毒性较大的元素As、Hg、Cd的含量相对较低,其平均含量分别为8.03、0.12、0.28mg·kg-1。与国家土壤质量II级标准GB15618-1995(6.5
关键词：
中国 菜地 重金属含量
[期刊] 长江流域资源与环境
[作者]
王晓辉 杨晨
基于70个表层土壤样品重金属实测含量,运用多元统计和地统计相结合的方法,对淮南矿区土壤重金属含量的分布特征和来源进行分析。分析结果表明,研究区土壤重金属Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Hg的平均含量分别为0.114、72.406、26.563、29.88、25.633、0.039mg/kg,均没有超过国家土壤环境质量一级标准,其中Cd和Pb的平均含量超过了淮南市土壤背景值。各元素均有部分样品含量超过国家土壤环境质量一级标准和淮南市土壤背景值,以Cd、Hg和Pb相对较为显著,最大超标倍数分别为4.3、2.41和0.565。相关分析和因子分析结果显示,各元素超标部分的来源可分为两类,Cr、Cu和Ni...
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