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应用近红外光谱技术快速检测分析土壤中的N、P、K、OM、pH的研究

Annia García Pereira  
【摘要】:近红外光谱技术在物质的化学和物理特性分析方面已显示出一定的优势,土壤和农产品也不例外。本课题研究的主要目的是用近红外光谱技术来分析土壤(a loamy mixed soil)的光谱特性。 为了实现这个目的,我们对浙江省杭州市某一田块(经度120°11′,纬度30°27′,海拔高度25米)中的土样进行了分析。田块总面积为0.36公顷,采样深度为30厘米,采样区域的边界用GPS定位(Trimble公司,AgGPS 132),选用栅格法进行采样,分别在小区中的四个角落和其对角线的交点处进行采样,并将这些样本混合作为一个土样,共有165个土壤样本。其中30个样本在特定位置选取,其余135个随机取样。将采回的样本分为A和B两组,A组采用传统的化学方法测量其pH,含水量,总氮(N),速效磷(P),速效钾(K),有机质(OM);B组应用光谱仪(ASD公司,FieldSpec Pro FR,波长范围350-2500nm,采样间隔2mm)进行测量。在测量前将土样放在一培养皿中,并用直尺将土壤表面刮平,测量时按120°角度旋转培养皿,每一位置的测量次数为20次,因此每个样本的扫描次数为60次。将测量得到的谱图经检查后使用ASD公司提供的ViewSpec pro version 2.14软件取平均值,并将数据导出进行回归分析,回归分析软件为Unscrambler 8.0,(CAMO ASA,Norway)。将得到的土壤的光谱反射率转化为吸光度(log(1/R)),并在400-2400nm范围内建立了土壤特性同吸光度的回归模型。本博士论文主要进行以下几个方面的研究: (1)研究了不同光照角度和光谱仪距被测物体的高度对土壤光谱特性的影响,并按照具有较高光谱吸光度的原则,进行了确定最佳实验参数的试验。当检测器距被测物体的高度为50,100,150和200mm时,对5个土壤样本的光谱特性进行了分析,并对另外5个任意选取的土壤样本分别测定当光照角度为20°,45°和60°时土壤的光谱特性。所有这些都采用ViewSpec pro 2.14软件对每个样本的光谱曲线取平均值。结果表明当改变光谱仪距被测物体的高度时,土壤的光谱特性没有多大的区别,都随着波长的增加吸光度变小。当高度为50mm时,由于受到光散射的影响其吸收峰的位置比较低,高度为100,150和200 mm时的谱图基本一致。高度为100mm的光谱的吸光率比较高,并且校正后具有一定的代表性。当光照角度不同时,其谱图有明显的不同,根据具有较高吸光度的原理,我们选取45°角作为测量时的最佳角度,并且在该角度下测得的光谱图比较平滑。 (2)研究了不同土壤粒径大小对土壤光谱特性的影响,这为今后近红外光谱技术在田间实地应用奠定了基础。在本研究中,我们进行了两个不同的试验,第一个试


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