【技术实现步骤摘要】
一种利用中红外漫反射光谱监测土壤碳组分的方法
本专利技术属于土壤检测
,特别涉及一种利用中红外漫反射光谱监测土壤碳组分的方法。具体说是一种利用傅里叶变换中红外漫反射光谱仪快速检测县域农田土壤总碳、有机碳、无机碳含量变化的方法。
技术介绍
土壤碳作为土壤的关键属性之一,在土壤结构形成、土壤肥力保持、全球气候变化调节及维持陆地生态系统稳定性方面起着重要的作用,是土壤质量的核心,更是可持续农业的重要基础。土壤碳,特别是有机碳,直接参与土壤的各种物理、化学和生物过程,分析不同土壤碳组分含量对于确定土壤碳来源、及时掌握土壤质量变化指导农业生产具有重要意义,一直是农业、环境等学科领域的重要研究内容。目前,对土壤碳的常规化学分析方法,如重铬酸钾氧化法测定土壤总碳、有机碳含量存在测定效率低、实时性差、有污染等缺点,因此,常规化学分析方法不能满足快速高效监测土壤碳含量变化的需求,严重阻碍了大面积土壤碳的研究和监测工作的开展。基于分子内部振动产生基频吸收理论的中红外光谱法,以其光谱特征性强、信息提取更容易、重现性好,操作简便、测试 ...
【技术保护点】
1.一种利用中红外漫反射光谱技术监测土壤碳组分的方法,其特征在于,采用漫反射光谱法,以传统方法土壤碳测定值为基础,结合PLSR算法,建立土壤碳的MIR预测模型,从而建立快速、精确、高效检测土壤总碳、有机碳、无机碳三种土壤碳组分含量的方法;包括如下步骤:/n(1)土壤样本采集与制备:采用1km×1km网格调查法在县域内采集土壤样品,按照采样顺序进行编码并详细记录样品信息;对采集的所有土壤样本进行风干、去除植物残体、砾石一类杂物,研磨并全部通过2mm孔径尼龙筛,保存备用;/n(2)采集全部土壤样品中红外波段的漫反射谱图,得到原始谱图:波长范围设置为7500~600cm
【技术特征摘要】
1.一种利用中红外漫反射光谱技术监测土壤碳组分的方法,其特征在于,采用漫反射光谱法,以传统方法土壤碳测定值为基础,结合PLSR算法,建立土壤碳的MIR预测模型,从而建立快速、精确、高效检测土壤总碳、有机碳、无机碳三种土壤碳组分含量的方法;包括如下步骤:
(1)土壤样本采集与制备:采用1km×1km网格调查法在县域内采集土壤样品,按照采样顺序进行编码并详细记录样品信息;对采集的所有土壤样本进行风干、去除植物残体、砾石一类杂物,研磨并全部通过2mm孔径尼龙筛,保存备用;
(2)采集全部土壤样品中红外波段的漫反射谱图,得到原始谱图:波长范围设置为7500~600cm-1,分辨率4cm-1,扫描32次;但是,对于光谱分析和建模,仅使用中红外波段光谱的4000~600cm-1;
(3)代表性样品选择:使用基于变量之间欧式距离的KS(Kennard-Stone)法,在光谱特征空间内均匀选取样本以筛选出代表性强的土壤样品用于土壤碳化学法的测定及MIR建模;
(4)光谱预处理方法选择:为减小光谱仪状态、测量环境以及磨样过筛的影响,对所有光谱数据进行基线校正、散射校正、尺度缩放3类光谱预处理,根据建模效果从中选出各土壤碳组分的最优光谱预处理方法;
(5)光谱预测模型构建:建模方法采用光谱分析中的经典方法PLSR,建模过程中将所有样本分为校正集和验证集,校正集为70%、56个样本,验证集为30%、24个样本;对于校正集和验证集样本的选择,根据化学参考值范围结合KS法进行划分;
(6)模型评价:利用决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)和相对分析误差(RPD)为精度评价指标综合判定模型质量;其中,R2评价模型的拟合性,R2值越高表明模型的拟合效果越好,...
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