试析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

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1、浙江大学博士学位论文应用近红外光谱技术快速检测分析土壤中的N、P、K、OM、pH的研究姓名：AnniaGarciaPereira申请学位级别：博士专业：农业机械化工程指导教师：何勇20050101摘要应用近红外光谱技术快速检测分析土壤中的N、P、K、OM、pH的研究博士生：AnniaGarcia导师：何勇(教授)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(aloamymixedsoil)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。117，纬度30。27

2、7，海拔高度25米)中的土样进行了分析。田块总面积为0．35公顷，采样深度为30厘米，采样区域的边界用GPS定位(Trimble公司，AgGPS132)，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，FieldSpecProFR，波长范围350—2500nm，采样间隔2mm)进行测量。在测量

3、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ViewSpecproversion2．14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Unscrambler8．0，(CAM0ASA，Norway)。将得到的土壤的光谱反射率转化为吸光度(109(1／R))，并在400—2400Dm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

4、，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，i00，150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。，4S。和60。时土壤的光谱特性。所有这些都采用ViewSpecpro2．14软件对每个样本的光谱盐线取平均值。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50ram时，由于受到光散射的影响其吸收峰的位嚣比较低，高度为i00，150和200mm时的谱图基本一致。高度为100mm的光谱的吸光率比

5、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，并且在该焦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X摘要验：用光谱仪扫摇用手搓碎的三个土样的光谱，然后将其磨碎并通过2mm筛子，再用光谱仪研究其光谱特性。第二个试验：首先将土壤用4个不同筛子处理得到5个土壤样本，再用光谱仪扫描样本并进行比较。对于第一个试验，首先从165个样本中随机选取3个样本，并用手将土样

6、搓碎，进行光谱扫描，然后荐将这些土样磨碎并通过2mm筛子，装入培养皿中再对其进行光谱扫描。本试验表明：(1)对于用手搓碎的三个土壤样本在可见光区域其谱图的基本形状基本相同，但在近红外区域却有一个比较明显的递减峰(descendingpeak)。(2)经过手搓土壤样本的吸光度要比经过磨碎通过2mm筛子土壤的吸光度高，这可能是由于土壤粒径、形状和土壤颗粒之间的间隙造成的，因为土壤粒径大小影响到光程的大小，从而影响到吸光度的不同。实验证明了除了土壤中的化学成分对光谱特性有影响外，其物理结构也对其有影响。对于第二个试验：将土样从大到小分别经过2—5ram，1—2mm，0．5-

7、1mm，0．25ram的筛子，这样共有S种不同粒径的样本(>Smm，2—5mm，1—2mm，0．5一lmm，<0．25mm)每个粒径下又有5个样本，分别对其进行光谱扫描。结果表明：(1)在近红外区域土壤的吸光度随样本粒径的减小而增大，而在可见光区域都比较平滑。(2)粒径为l一2mm；2-5mm和>5mm的土壤的光谱谱图出现部分重叠，这说明样本的成分基本一致，没有什么差别。(3)粒径为0．5-1mm和<0．25mm土壤的吸光度比较低，这可能是由于粒径过小造成土壤间隙变小的原因。(3)研究了土壤粒径大小对预测N含量的影响。从165个样本中随机选取30个样