[發明專利]一種基于優化模型的土壤有機質測定方法

在審

• 申請號: 202010271738.7
• 申請日: 2020-04-07
• 公開（公告）號: CN111488926A
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 杜昌文;徐雪斌;馬菲
• 申請（專利權）人: 中國科學院南京土壤研究所
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G01N21/71
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務所 32230
• 代理人: 樊文紅

本發明公開了一種基于優化模型土壤有機質的測定方法，屬于農業信息化領域。具體地操作步驟如下：采集土壤樣品；采用化學方法測定土壤樣本有機質含量；采集壓片后的土壤激光誘導擊穿光譜信息，連續多次采集；對光譜進行預處理，包括基線校正、降噪、平均、標準化；采集待測樣品的激光誘導擊穿光譜信息，連續多次采集，并進行光譜預處理；計算待測樣本光譜與校正集樣本光譜的混合矢量值，并將其從小到大的排序；根據模型對各自子校正集以及留一法交叉驗證的預測參數，選擇最優的子模型；使用最優子模型對待測土壤樣本的有機質含量進行預測。本發明提出的土壤有機質的測定方法對土壤有機質的預測精度高，模型穩健，操作簡單，檢測過程快速，不產生污染。

技術領域

本發明屬于農業信息化領域，具體其涉及一種基于激光誘導擊穿光譜混合距離判據優化模型對土壤有機質含量簡單、快速、精確、環境友好的測定方法。

背景技術

土壤有機質是土壤肥力和質量的重要指標之一，可以影響土壤中發生的物理和化學反應。土壤有機質也是土壤健康狀況的重要指標，其含量與土壤結構、保水能力、養分循環和生物活性等多種土壤性質和過程有關。土壤有機質含量的快速測定對農業現代化具有重要的意義。

目前傳統的土壤有機質含量測定方法主要是重鉻酸鉀氧化-比色法，這種方法需要對土壤樣品進行前處理、操作過程繁瑣、成本高、測試周期長、且需要大量的化學試劑，容易造成環境污染。

近年來激光誘導擊穿光譜開始應用于土壤含量的測定。激光誘導擊穿光譜是一種原子光譜，其原理是激光聚焦樣品表面，樣品的組成成分燒蝕產生等離子體，不同元素的等離子在冷卻過程中會發射電磁波形成發射光譜，進而對發射光譜進行分析以確定樣品的物質成分及含量。激光誘導擊穿光譜具有結構簡單、無需樣品前處理、快速、環境友好等優點，在土壤組成與結構測定中顯示出很好的應用潛力，也將廣泛應用于土壤科學領域。

土壤組成成分以及結構復雜，土壤的性質易受土壤采樣點位的改變而產生變異，并且由于土壤的基體效應的影響傳統的單元回歸以及固定校正集的多元回歸方法無法提供較高精度的預測結果。建立優化的多元回歸方法，降低基體效應，提高土壤中有機質的預測精度是該領域的研究難點。

發明內容

針對以上問題，本發明提供了一種混合矢量判據優化模型，該模型考慮到光譜相似性以及光譜方向性，結合土壤激光誘導擊穿光譜可以實現對土壤有機質含量的簡單、快速、精確、環境友好的檢測。已知校正集中土壤樣品的激光誘導擊穿光譜信息和土壤有機質含量信息，對于待測土壤樣品，通過測定獲得土壤的激光誘導擊穿光譜信息，綜合考慮待測樣品光譜與校正集樣品光譜的歐氏距離與余弦角度的混合矢量，選擇混合結果最小的校正集樣品建立偏最小二乘回歸(PLSR)模型，預測土壤有機質含量。

本發明的技術方案如下：

一種基于優化模型的土壤有機質測定方法，包含以下步驟：

A.預處理步驟：

A1.采集土壤樣品，隨機劃分N個土壤樣品的校正集和M個待測土壤樣品；

A2.采用化學方法測定步驟A1的校正集和待測集中土壤樣品的有機質含量，并分別對所有土壤樣本進行壓片；

A3.采用激光誘導擊穿光譜儀采集壓片后的校正集土壤樣本和待測集土壤樣本的光譜，連續多次測量；

A4.對步驟A3獲得的土壤激光誘導擊穿光譜進行預處理，包括基線校正、降噪、平均以及標準化；

B.建立模型步驟：

B1.計算經過預處理后的待測樣本與校正集中所有土壤樣品光譜的歐氏距離和余弦角度；

B2.計算上述各歐氏距離和對應余弦角度的混合值，并將結果從小到大排列；