可见-近红外与中红外光谱预测土壤养分的比较研究

作者：李学兰; 李德成; 郑光辉; 曾荣^*; 蔡凯; 高维常; 潘文杰; 姜超英; 曾陨涛

来源：土壤学报, 2023, 1-12.

• 可见-近红外光谱
• 中红外光谱
• 土壤养分
• 偏最小二乘回归
• 支持向量机

对土壤养分的快速和准确测定有助于适时指导施肥。为进一步研究可见-近红外(350～2500nm)与中红外光谱(4000～650cm-1)对土壤养分的预测能力，以贵州省500个土样为例，对光谱进行SavitzkyGolay(SG)平滑去噪处理，再用标准正态化(SNV)方法进行基线校正，然后分别应用偏最小二乘回归(PLSR)和支持向量机(SVM)两种方法进行建模，探讨了可见-近红外和中红外光谱对土壤全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)和碱解氮(AN)、有效磷(AP)、速效钾(AK)共六种土壤养分的预测效果。结果表明：(1)无论基于可见-近红外光谱还是中红外光谱，PLSR模型的预测精度整体均优于SVM模型。(2)中红外光谱对TN、TK和AN的预测精度均显著高于可见-近红外光谱，可见-近红外和中红外光谱均可以可靠地预测TN和TK(性能与四分位间隔距离的比率(RPIQ)大于2.10)，中红外光谱可相对较可靠地预测AN(RPIQ=1.87)；但两类光谱对TP、AP和AK的预测效果均较差(RPIQ<1.34)。(3)当变量投影重要性得分(VIP)大于1.5时，PLSR模型在中红外光谱区域预测TN和TK的重要波段多于可见-近红外光谱区域，TN的重要波段主要集中于可见-近红外光谱区域的1910和2207 nm附近，中红外光谱区域的1 120、1 000、960、910、770和668cm-1附近；TK的重要波段主要集中于可见-近红外光谱区域的540、2176、2225和2268nm附近，中红外光谱区域的1040、960、910、776、720和668cm-1附近。因此，中红外光谱技术结合PLSR模型对土壤养分预测效果较好，可快速准确预测土壤TN和TK，可为指导适时施肥提供技术支撑。

• 单位
  土壤与农业可持续发展国家重点实验室; 南京信息工程大学; 中国科学院南京土壤研究所; 贵州省烟草科学研究院; 中国烟草总公司贵州省公司