基于可见-近红外光谱技术的广东典型地区耕地土壤养分含量模型评估

作者：钟鹤森; 李玮; 张泽宇; 吴玲; 鄂东梅; 张孟豪; 许腾伟; 戴军; 张池^*

来源：华南农业大学学报, 2023, 1-15.

• 可见-近红外光谱
• 广东
• 耕地土壤
• 土壤养分
• 偏最小二乘法

【目的】可见-近红外光谱(Visible-near-infrared spectroscopy，VNIRS)可以利用少量土壤样品建立预测模型，从而无损快速地预测土壤养分含量。然而，至今尚未见广东省土壤养分的VNIRS预测模型的报道。本研究旨在通过传统化学分析方法和VNIRS技术对广东典型地区的耕地土壤进行分析，构建土壤碳、氮、磷全量及速效养分的VNIRS预测模型，并评估光谱分析土壤全量和速效养分的可行性，为广东省土壤养分的快速检测及质量评估提供科学参考。【方法】本研究采集了广东省东部(梅州)、西部(湛江)、北部(韶关)、西北部(肇庆)和珠三角(惠州和珠海)五个地区共514个耕地土壤样品，在实验室测量有机质、全氮、可溶性有机碳、碱解氮和速效磷含量，同时利用VNIRS探明其全光谱特征，筛选定标样品，结合偏最小二乘法和主成分分析，构建VNIRS特征，建立预测模型，并在此基础上进行反向验证，评估模型的可行性。【结果】各地区土壤有机质、全氮、可溶性有机碳、碱解氮和速效磷含量及光谱特征均存在显著差异；有机质和全氮的定标预测模型效果较好，其中粤西北地区的有机质定标相关系数达到0.831 1，珠三角地区的全氮定标相关系数达到0.789 8；而可溶性有机碳、碱解氮和速效磷的预测模型效果在地区间差异较大，粤西北和珠三角地区碱解氮和速效磷的定标效果远优于其他地区；反向验证结果表明有机质和全氮的预测值与实测值具有较好的相关性，决定系数(R2)最高分别达到0.69和0.65；粤西北和珠三角地区的碱解氮的反向验证结果也较好，R2达到0.63和0.62；而可溶性有机碳和速效磷的反向验证结果总体较差。【结论】VNIRS技术能够区分省域内不同地区的土壤来源，可以作为未来土壤分类和土壤质量调查的重要评价指标。VNIRS技术能够较好地直接预测耕地土壤有机质和全氮含量；对可溶性碳、碱解氮、速效磷的预测存在明显元素差别和地区差异，进一步筛选光谱范围或采用更优建模方式构建模型极其必要。

• 单位
  华南农业大学; 中国农业大学