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基于可见/近红外光谱的黄河口区土壤盐分及其主要离子的定量分析
基于可见/近红外光谱的黄河口区土壤盐分及其主要离子的定量分析
作者:
刘亚秋
常春艳
王瑞燕
陈哲
陈红艳
基本信息来源于合作网站,原文需代理用户跳转至来源网站获取
土壤盐渍化
可见/近红外光谱
黄河口区
随机森林
支持向量机
摘要:
【目的】定量、准确地监测盐渍土,对其防治和农业可持续发展至关重要,论文旨在明确黄河口区土壤盐分及其主要离子的特征光谱,建立适用于该区域的土壤盐渍化定量分析模型,提高其定量分析的精度和稳定性。【方法】首先以山东省垦利县为研究区,于2014年10月5—9日野外采集代表性土样96个,对土样风干后,采用土壤化学分析方法室内分析盐分及其主要离子(Cl-、Na+、Ca2+)含量,并采用美国 ASD Fieldspec 3光谱仪测定土样可见/近红外高光谱数据,对光谱反射率进行去噪、一阶导数变换等预处理;然后基于盐分及其主要离子不同含量的样本光谱分析盐分及其主要离子的光谱响应,在此基础上,对样本的土壤盐分及其主要离子含量与反射率的一阶导数光谱进行逐波段的相关分析,按照相关系数高且显著的原则,选取各自的敏感波段,再根据敏感波段的交叉情况选取集中波段为特征波段,进而选取特征波段中具有极值相关系数的波段作为显著特征波段,综合确定表征土壤盐分及其主要离子(Cl-、Na+、Ca2+)的特征光谱;最后分别采用多元线性回归(multiple linear regression,MLR)、支持向量机(support vector machine,SVM)和随机森林(random forest,RF)方法构建土壤盐分及其主要离子的定量高光谱分析模型。【结果】研究区土壤盐分及其主要离子(Cl-、Na+、Ca2+)含量的光谱曲线形状和走势整体一致;土壤盐分及其主要离子(Cl-、Na+、Ca2+)的光谱响应谱区为1320—1495、1790—1920、2120—2290 nm;基于相关分析的土壤盐分及其主要离子的敏感谱区为1490—1520、1890—1930 nm;最后综合光谱响应及相关分析确定土壤盐分及其主要离子的特征波段为1493、1801、1911和2289 nm,显著特征波段为1493和1911 nm。模型结果显示基于2个显著特征波段反射率一阶导数的模型精度均与4个特征波段的模型精度相当,表明显著特征光谱作为盐分及其主要离子的特征光谱进行其定量分析的有效性。比较3种建模方法,RF 模型的预测效果最好,SVM 模型次之,而 MLR 模型精度最低;对于盐分、Cl-和 Na+,3种方法构建的模型均可有效地用于其定量分析,精度较高且稳定,然而 Ca2+预测精度还有待提高。通过综合比较分析,基于显著特征波段(1493和1911 nm)反射率一阶导数构建的随机森林(RF)模型对盐分、Cl-和 Na+均具有较好的估测精度和稳定性,也可用于 Ca2+的定量估测。【结论】基于光谱响应及相关分析综合确定盐分及其主要离子的显著特征光谱(1493和1911 nm 反射率一阶导数),进而采用随机森林方法构建盐分及其主要离子的定量估测模型,适用于黄河口区土壤盐渍化信息的有效提取。
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文献信息
篇名
基于可见/近红外光谱的黄河口区土壤盐分及其主要离子的定量分析
来源期刊
中国农业科学
学科
关键词
土壤盐渍化
可见/近红外光谱
黄河口区
随机森林
支持向量机
年,卷(期)
2016,(10)
所属期刊栏目
土壤肥料?节水灌溉?农业生态环境
研究方向
页码范围
1925-1935
页数
11页
分类号
字数
语种
中文
DOI
10.3864/j.issn.0578-1752.2016.10.009
五维指标
作者信息
序号
姓名
单位
发文数
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陈哲
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3.0
传播情况
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可见/近红外光谱
黄河口区
随机森林
支持向量机
研究起点
研究来源
研究分支
研究去脉
引文网络交叉学科
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期刊影响力
中国农业科学
主办单位:
中国农业科学院
出版周期:
半月刊
ISSN:
0578-1752
CN:
11-1328/S
开本:
大16开
出版地:
北京中关村南大街12号
邮发代号:
2-138
创刊时间:
1960
语种:
chi
出版文献量(篇)
9193
总下载数(次)
12
总被引数(次)
254208
相关基金
中国博士后科学基金
英文译名:
China Postdoctoral Science Foundation
官方网址:
http://www.chinapostdoctor.org.cn/index.asp
项目类型:
学科类型:
国家自然科学基金
英文译名:
the National Natural Science Foundation of China
官方网址:
http://www.nsfc.gov.cn/
项目类型:
青年科学基金项目(面上项目)
学科类型:
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