[發明專利]利用可見光近紅外光譜技術的土壤鉛含量測量方法

在審

• 申請號: 201410740558.3
• 申請日: 2014-11-26
• 公開（公告）號: CN104502288A
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發明（設計）人: 呂杰
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01N21/359
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明涉及光譜數據的處理和土壤檢測領域，具體涉及一種利用可見光近紅外光譜技術的土壤鉛含量測量方法。

背景技術

土壤重金屬污染會導致農業產量的下降，并且進入食物鏈，會危害人的健康。鉛(Pb)是對人類生活最危險的金屬之一。人們已經發現，鉛污染影響種子萌發，并且對植物生長及代謝產生廣泛的不利影響。一旦進入葉片，鉛元素會通過阻斷氣孔或擾亂代謝路徑，引起植物不良的生理效應。此外，過量的鉛濃度降低葉綠素的濃度，降低農作物的產量。因而，準確、及時地測量土壤中的鉛含量對于環境保護和公眾健康具有重要的意義。

申請號為201310111675.9的發明公開了ICP法測量土壤中鉛元素含量方法，該方法采用ICP等離子原子發射光譜法測量土壤樣品中鉛的含量，該方法先對土壤中含鉛樣品加入一定量的氫氟酸溶液后以及高濃度的硝酸和高濃度硫酸，然后進行微波消解；在聚消解罐中進行高溫消解，然后利用ICP-AES光譜儀對鉛的含量進行測量，測量時針對實驗需要合理選擇實驗參數，從而更方便快速準確的對土壤樣品中鉛含量進行測量。

申請號為201010207505.7的發明公開了土壤中鉛、銅兩種重金屬全量的測定方法，所述測定法包括以下步驟：A)稱取研磨后并用0.149mm尼龍篩篩選后的均勻土壤樣品0.3000g，平鋪于容量為50ml聚四氟乙烯燒杯的底部；B)向燒杯內加入5ml?HNO3(優級純)，1ml?HF(優級純)，1ml?HClO4(優級純)，再將聚四氟乙烯燒杯放入不銹鋼金屬罐中，旋緊蓋子后放置于烘箱中等。

上述方法測試步驟多、操作復雜、試劑用量大、檢測周期長，誤差大。

因此有必要研究一種可以快速、準確地測量土壤中鉛含量的方法，為土壤環境監測和生態環境治理提供技術支撐。

可見光近紅外光譜技術是指利用可見光和近紅外光譜波段包含的細致豐富的光譜特征描述，主要根據物質的光譜來鑒別物質及確定它的化學組成和相對含量的方法。

目前，針對于尾礦區域中土壤鉛含量的可見光近紅外快速測定未見報道。可見光近紅外光譜分析技術在土壤鉛含量估算有著廣闊的應用前景。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種利用可見光近紅外光譜技術的土壤鉛含量測量方法。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：

利用可見光近紅外光譜技術的土壤鉛含量測量方法，包括如下步驟：

S1、根據礦區開采情況及地表植物覆蓋情況，將整個礦區分為10個小區，每個小區按梅花布點法，隨機采集6個土壤樣品，共采集土壤樣本60個，采集土壤表層樣本，每個樣點的土壤裝入不同的樣本盒中，并在樣品袋外填寫樣品標簽；

S2、通過光譜儀獲得步驟S1所得樣品的可見光近紅外反射率光譜，測量時間為10：30-12：00，在室外自然光照條件下，選用8°視場角探頭，探頭到土壤樣本表面距離為1.35m，測量范圍為1m²，在測量每個樣品之前，測量暗電流和光譜儀參照白板每個土壤樣本連續獲取10條測量光譜；

S3、將每個采樣點測量的土壤的10條光譜使用均一化平滑處理后，取其平均值作為土壤的光譜曲線，實測的土壤光譜采用350-1230nm的反射率光譜，剔除其余光譜波段，對土壤光譜進行小波降噪的操作，增強土壤鉛、有機質等物質吸收特征的光譜波段，得到小波降噪之后的土壤光譜；

S4、用研磨機將步驟S1所得的樣品粉碎，采用石墨爐原子吸收(GB/T17141-1997)測定鉛含量；

S5、采用支持向量機建立可見光近紅外光譜與土壤鉛含量參考值之間的校正模型；

S6、采集常見的土壤樣品，按照步驟S2和S3采集并預處理其中可見光紅外光譜，根據步驟S5建立的校正模型對其鉛元素含量進行估算，得到估算值；同時按照步驟S4測定其鉛元素含量的參考值；比較該土壤樣品重金屬元素含量的參考值和估算值，并根據實際生產中的誤差要求，對校正模型進行反復優化；

S7、首先獲取土壤的光譜，然后把未知樣品土壤的光譜經過預處理后，把光譜參數輸入到校正模型即可估算未知樣本的土壤鉛含量。

其中，所述步驟S1中土壤表層樣本的深度為0-20cm。

其中，所述步驟S1中采樣點選取的標準是保證每個采樣點土壤在Hyperion高光譜衛星影像的一個純凈像元內(30米×30米)。

其中，所述步驟S2中土壤光譜測量采用ASD?FieldSpec3地物光譜儀，測量波譜范圍為350-2500nm。光譜儀使用前需要用白板校零。