土壤成分與特性參數(shù)光譜快速檢測(cè)方法及傳感技術(shù)

邢華銘

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)的科學(xué)技術(shù)水平也取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，因此在現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)發(fā)展中，科學(xué)技術(shù)越來越發(fā)揮著重要的作用，尤其是在紅外光譜技術(shù)，其在現(xiàn)階段的土地土壤的具體成分，以及涉及到的具體的參數(shù)分析研究中，可以精確的計(jì)算出研究對(duì)象的實(shí)際含水量、顆粒成分等情況，促進(jìn)了我國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展?；诖耍疚膶?duì)該種方法具體應(yīng)用時(shí)的方法，以及傳感技術(shù)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：土壤；光譜；檢測(cè)；傳感

中圖分類號(hào)：P182.3+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20171232015

目前，我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)是逐步向著精細(xì)化的方向發(fā)展，以此來提高農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，促進(jìn)農(nóng)業(yè)資源的合理配置。在進(jìn)行農(nóng)作物種植時(shí)，需要根據(jù)土壤條件，以及作物的生長(zhǎng)需要，及時(shí)進(jìn)行施肥、灌溉處理。但是這兩項(xiàng)工作開展的質(zhì)量，易受到具體土壤環(huán)境的影響，因此需要對(duì)其土壤的成分情況，以及肥力參數(shù)情況，應(yīng)用近紅外光譜分析技術(shù)進(jìn)行研究。同時(shí)，還需要借助于光譜分析傳感器，對(duì)土壤條件，做進(jìn)一步的詳細(xì)研究。

1 土壤光譜分析的快速檢測(cè)方法研究

該種檢測(cè)技術(shù)，在國(guó)內(nèi)外均有著廣泛的研究，且已經(jīng)顯著的發(fā)展成果。國(guó)外的研究，始于20世紀(jì)80年代，研究人員多應(yīng)用了多元回歸線性算法，進(jìn)行了建模，以此來對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。在該時(shí)期的研究中，對(duì)于土壤含有的肥力情況未進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。而后，研究人員將土壤的成分、理化特性、營(yíng)養(yǎng)成分等情況使用上述方法進(jìn)行了研究。在20世紀(jì)90年代，科研人員研究出了應(yīng)用化學(xué)計(jì)量學(xué)，這一新的算法來進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，為光譜測(cè)量出的相關(guān)數(shù)據(jù)的精確計(jì)算提供了巨大的幫助。美國(guó)農(nóng)業(yè)部也在同一時(shí)期，開始進(jìn)行了土壤中含有的營(yíng)養(yǎng)成分的光譜快速檢測(cè)，以及傳感技術(shù)的研究，在具體的檢測(cè)中，研究人員選取了土壤樣本，應(yīng)用光譜儀進(jìn)行了測(cè)量，對(duì)其中含有的有機(jī)質(zhì)的具體質(zhì)量，構(gòu)建了PLS預(yù)測(cè)模型。該模型中，包含著較多的光譜數(shù)據(jù)，因此在實(shí)驗(yàn)室中，可以實(shí)現(xiàn)快速的數(shù)據(jù)測(cè)量。此外，其根據(jù)研究的數(shù)據(jù)結(jié)果，進(jìn)行了有機(jī)質(zhì)含量的傳感器研制。

我國(guó)從20世紀(jì)90年代開始了該項(xiàng)內(nèi)容的研究。其中于飛建、閔順耕等人，應(yīng)用了光譜分析技術(shù)，對(duì)樣本土壤中含有的有機(jī)質(zhì)、全氮含量數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，并使用了PLS算法，進(jìn)行了模型的構(gòu)建。之后的沙晉明、陳鵬飛等人，繼續(xù)對(duì)土壤中的有機(jī)質(zhì)含量，與光譜值之間的關(guān)系，以及含氮、磷的含量，進(jìn)行了研究，對(duì)于建模的結(jié)果進(jìn)行了明確的處理。而李小昱等人，對(duì)于土壤中的情況，使用傅里葉變換光譜儀進(jìn)行了光譜的測(cè)量，之后應(yīng)用了PLS分析算法， 建立了含水量的分析模型，對(duì)于農(nóng)田灌溉工作進(jìn)行了用水量的把握。此外，浙江大學(xué)的何勇等人，對(duì)于土壤信息的研究中，除了采用了上述的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)方法以外，還借助了具有著近地遙感功能的分析儀，對(duì)有關(guān)于土壤含水量、有機(jī)質(zhì)含量、營(yíng)養(yǎng)成分含量、田間溫度與肥力的實(shí)時(shí)測(cè)量工作，進(jìn)行了詳細(xì)的算法、建模分析，最終獲得結(jié)果精確度極高。李民贊等人，基于農(nóng)業(yè)的精細(xì)化發(fā)展的需要，對(duì)于土壤參數(shù)，以及所包含的氮磷鉀肥力的成分，應(yīng)用光譜分析技術(shù)進(jìn)行了分析。該團(tuán)隊(duì)根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)，進(jìn)行了分析，以此研發(fā)出了土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量的實(shí)時(shí)分析的儀器，進(jìn)一步便捷了田間土壤實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)測(cè)量結(jié)果的精準(zhǔn)性。在該內(nèi)容的研究中，土壤中的含水情況，以及具體顆粒，會(huì)對(duì)其他的光譜分析模型分析的數(shù)據(jù)結(jié)果，有著一定的影響。因此這是目前基于光譜分析法，測(cè)量土壤相關(guān)信息的一項(xiàng)重要的研究工作。根據(jù)該問題研究的現(xiàn)狀可知，其使用的是小波包分析法。對(duì)于土壤的光譜曲線，進(jìn)行了結(jié)點(diǎn)的分解處理，將分析中，處于最高、低頻的結(jié)點(diǎn)，記錄下來，以此形成該曲線變化圖。對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析可知，含水率會(huì)引起該曲線的總體變化，土壤顆粒，會(huì)造成其具體結(jié)點(diǎn)的高低變化。將最高、最低頻去掉，即可在降低這兩方面因素影響的前提下，獲取精準(zhǔn)的結(jié)果。綜上所述，在對(duì)該內(nèi)容的研究中，基于光譜技術(shù)的土壤分析儀、算法，對(duì)于土壤相關(guān)的成分分析，以及實(shí)時(shí)情況的分析中，結(jié)果較為理想，滿足了精細(xì)化農(nóng)業(yè)肥力提高，以及水利供給的需要[1]。

2 土壤光譜傳感技術(shù)的研究

在對(duì)土壤的各項(xiàng)條件，進(jìn)行實(shí)時(shí)的測(cè)量時(shí)，需要借助于傳感技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的獲取，因此基于光譜的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳感器的研究，經(jīng)過了便攜式、車載式的廣泛發(fā)展，使得土壤的施肥配比、參數(shù)測(cè)量逐步從實(shí)驗(yàn)室，走向了田間地里，使得數(shù)據(jù)結(jié)果可以更好的為土壤的精細(xì)化耕作服務(wù)。在目前的研究中，車載式在線光譜儀，其可以對(duì)土壤中的參數(shù)信息，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的分析。因此需要將在線土壤光譜分析儀不斷在精細(xì)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，進(jìn)行宣傳和普及。同時(shí)，在傳感技術(shù)的研究中，目前也對(duì)含有著多項(xiàng)功能的土壤在線檢測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)行了相應(yīng)的研發(fā)，針對(duì)以往檢測(cè)中的一些無法精確計(jì)算的問題，其可以通過機(jī)械特性分析，以及介電特性分析，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，最終獲得具有著較高精度的數(shù)據(jù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于土壤的成分、參數(shù)，除了可以使用光譜測(cè)量方法、傳感技術(shù)，進(jìn)行分析，還可以使用目前極為先進(jìn)的光聲光譜分析技術(shù)、THZ技術(shù)，做以研究。

參考文獻(xiàn)

[1]周萍.高光譜土壤成分信息的量化反演[D].北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，2006.