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基于近红外光声光谱的土壤有机质含量定量建模方法
  • ISSN号:1002-6819
  • 期刊名称:农业工程学报
  • 时间:0
  • 页码:145-152
  • 分类:S153.6[农业科学—土壤学;农业科学—农业基础科学]
  • 作者机构:[1]南京农业大学国家信息农业工程技术中心/江苏省信息农业高技术研究重点实验室,南京210095, [2]河南农业大学信息与管理科学学院,郑州450002
  • 相关基金:国家自然科学基金项目(30900868); 江苏省科技支撑计划项目(BE2010395); 教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET-08-0797)
  • 相关项目:开放式水稻冠层氮素营养光谱响应机理及估算模型
中文摘要:

该研究的目的在于应用近红外光声光谱技术结合不同的定量分析方法实现5种不同类型土壤有机质含量的快速估测。对中国中、东部地区5种不同类型土壤风干样本进行光谱扫描,经过多元散射校正、一阶导数、二阶导数及平滑等预处理后,应用逐步多元回归(SMLR)、主成分分析(PCR)、偏最小二乘法(PLS)和偏最小二乘法-反向传播神经网络(PLS-BPNN)等方法建立土壤有机质含量的定量估测模型。结果显示,不同预处理方法对所建土壤有机质含量估测模型的预测精度有较大影响,总体表现为多元散射校正+Norris一阶导数〉多元散射校正〉Norris一阶导数〉标准正态化〉Norris二阶导数〉吸光度〉Savitzky-Golay平滑后一阶导数〉Savitzky-Golay平滑后二阶导数。对于4种不同建模方法,均以多元散射校正+Norris一阶导数滤波平滑后的光谱建模精度最高,其中采用PLS-BPNN方法建模效果最好,其次是PLS、SMLR和PCR。采用PLS-BPNN建立有机质校正模型具有极高的预测精度,建模决定系数和均方根偏差分别为0.97和1.88,模型测试决定系数和均方根偏差分别为0.97和1.72。因此,基于多元散射校正+Norris一阶导数光谱建立的PLS-BPNN模型可能是土壤有机质含量估测建模的最优方法。

英文摘要:

Near-infrared reflectance photoacoustic spectroscopy(NIRS) was applied to fast determination of soil organic matter(SOM) by different quantitative methods.The dried samples of five different soil types in the middle and eastern China were selected to assess the quantitative estimation of SOM based on different modeling methods.First derivative,multiplicative scatter correction(MSC) and smoothing algorithms were used to preprocess the original spectra before the calibration models were developed.The results showed that different pre-processing algorithms markedly affected the accuracy of SOM calibration models.The sequence of SOM models with different pre-processing algorithms was MSC+ Norris-gap first derivative smoothing filter(NGFD) MSC Norris first derivative smoothing filter standard normal variate(SNV) Norris-gap second derivative smoothing filter(NGSD) LOG Savitzky-Golay first derivative(SGFD) Savitzky-Golay second derivative(SGSD).The spectra processed with the combination of MSC and NGFD performed the best among all the pre-processing algorithms.In addition,the calibration model based on PLS-BPNN displayed the highest estimation accuracy with R2 of 0.97 and RMSEP of 1.88,followed by PLS,SMLR and PCR,while the validation model with independent data gave R2 of 0.97 and RMSEP of 1.72,respectively.These results indicated that PLS-BPNN based on MSC-NGFD spectra was a potentially optimal method for SOM estimation.

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期刊信息
  • 《农业工程学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国农业工程学会
  • 主编:朱明
  • 地址:北京朝阳区麦子店街41号
  • 邮编:100125
  • 邮箱:tcsae@tcsae.org
  • 电话:010-59197076 59197077 59197078
  • 国际标准刊号:ISSN:1002-6819
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2047/S
  • 邮发代号:18-57
  • 获奖情况:
  • 百种中国杰出学术期刊,中国精品科技期刊,中国科协精品科技期刊工程项目期刊,RCCSE中国权威学术期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),英国农业与生物科学研究中心文摘,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国食品科技文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:93231