基于VNIR和机器学习算法的原状土剖面Cu含量预测

作者：王滢艺; 徐胜祥; 赵永存; 史学正

来源：农业工程学报, 2022, 38(07): 336-344.

DOI：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.07.037

• 土壤
• 重金属
• 机器学习
• 可见光-近红外光谱法

快速测量土壤剖面重金属含量是评估土壤重金属污染状况并选择相应修复技术的关键。为了探讨可见光-近红外光谱法(Visible and Near-Infrared Reflectance Spectroscopy,VNIR)预测原状土壤剖面重金属含量的潜力，以江西省两个典型工矿厂周边农田土壤为研究对象，共采集了19个深度约100 cm的完整土壤剖面样品，分别测定土壤剖面样品的VNIR数据及其Cu含量。采用偏最小二乘回归法(Partial Least Squares Regression,PLSR)、Cubist混合线性回归决策树(Cubist RegressionTree,Cubist)、高斯过程回归(GaussianProcessRegression,GPR)和支持向量机(SupportVectorMachine Regression,SVM)方法研究不同光谱预处理方法对土壤Cu含量预测精度的影响。结果显示，Cubist、GPR和SVM这三种机器学习算法的预测精度普遍高于PLSR，其中一阶导数(First-Order Derivative,FD)预处理的SVM模型预测精度最高(R2=0.95，均方根误差为7.94mg/kg，相对分析误差为4.34)。这表明利用VNIR和机器学习可以对原状土壤剖面Cu含量进行有效预测，为快速监测Cu及其他重金属含量的相关研究提供参考。

• 单位
  中国科学院大学; 中国科学院南京土壤研究所