以黃土高原侵蝕嚴(yán)重的丘陵溝壑區(qū)7個小流域126個土壤樣品和108個沉積泥沙樣品為對象,分析了土壤的基本屬性及其中紅外漫反射光譜特征,將中紅外漫反射光譜技術(shù)與化學(xué)計量法相結(jié)合,采用不同的光譜預(yù)處理方法,分別利用偏最小二乘回歸法、主成分回歸法和支持向量機(jī)回歸法建立土壤碳酸鈣的光譜估算模型,并對模型進(jìn)行驗證。結(jié)果顯示:土壤光譜變量與碳酸鈣含量的關(guān)系更接近線性相關(guān),偏最小二乘回歸法和主成分回歸法要優(yōu)于支持向量機(jī)回歸法,其中PLSR（SG-Der1st）模型為最優(yōu),對土壤（決定系數(shù)R²=0.948,相對分析誤差RPD=4.426）和沉積泥沙（決定系數(shù)R²=0.875,相對分析誤差RPD=2.841）均能準(zhǔn)確預(yù)測其碳酸鈣含量。研究結(jié)果表明,基于中紅外漫反射光譜的碳酸鈣含量估算模型能準(zhǔn)確定量土壤及沉積泥沙碳酸鈣含量,實現(xiàn)了對黃土高原小流域土壤碳酸鈣的快速無損測量。 

【文章來源】：水土保持研究. 2020,27(02)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

坡面土壤、溝道土壤和沉積泥沙樣品的中紅外漫反射光譜

根據(jù)以上分析結(jié)果篩選出最優(yōu)的PLSR(SG-Der1st)模型對樣品碳酸鈣含量進(jìn)行預(yù)測,將其預(yù)測值和測定值作對比,見圖2。從圖中可以看出,對于土壤來說,預(yù)測值和測定值在整個數(shù)據(jù)集范圍內(nèi)有很好的一致性,基本均勻分布在1∶1線附近,且預(yù)測精準(zhǔn)度高;沉積泥沙的預(yù)測值和測定值也在1∶1線附近均勻分布,但碳酸鈣含量較高的沉積泥沙樣本均被略微低估。PLSR(SG-Der1st)模型的B系數(shù)如圖3所示。B系數(shù)是由觀測到的Y值和PLSR評分為最優(yōu)的PLSR因子數(shù)所決定的,系數(shù)包含有驅(qū)動PLSR模型最重要的光譜信息,能表明各波數(shù)變量在建模中的貢獻(xiàn)大小[20]。系數(shù)的絕對值大小代表對應(yīng)的波數(shù)變量在土壤屬性分析中解釋變異的重要程度。當(dāng)系數(shù)的絕對值越大,表明該波數(shù)變量在模型建立中的相對貢獻(xiàn)越大。從圖中可以看出部分碳酸鈣特征吸收峰附近的波數(shù)變量其B系數(shù)值較高,表明此波段范圍的波數(shù)變量對碳酸鈣的預(yù)測影響顯著,同時也說明模型的建立過程充分利用了碳酸鈣的特征吸收。除此以外,在3 000～2 800 cm-1(C—H),1 700～1 600 cm-1(C=O)等波段其B系數(shù)值也很高,這也證實了與此相關(guān)的有機(jī)物官能團(tuán)所在波數(shù)變量也顯著影響了碳酸鈣的預(yù)測。而在一些波段如3 500～3 000 cm-1(O—H,N—H和C—H)其B系數(shù)值相對較低,說明產(chǎn)生這些吸收波段的官能團(tuán)在此模型中的貢獻(xiàn)相對較小。

PLSR(SG-Der1st)模型的B系數(shù)如圖3所示。B系數(shù)是由觀測到的Y值和PLSR評分為最優(yōu)的PLSR因子數(shù)所決定的,系數(shù)包含有驅(qū)動PLSR模型最重要的光譜信息,能表明各波數(shù)變量在建模中的貢獻(xiàn)大小[20]。系數(shù)的絕對值大小代表對應(yīng)的波數(shù)變量在土壤屬性分析中解釋變異的重要程度。當(dāng)系數(shù)的絕對值越大,表明該波數(shù)變量在模型建立中的相對貢獻(xiàn)越大。從圖中可以看出部分碳酸鈣特征吸收峰附近的波數(shù)變量其B系數(shù)值較高,表明此波段范圍的波數(shù)變量對碳酸鈣的預(yù)測影響顯著,同時也說明模型的建立過程充分利用了碳酸鈣的特征吸收。除此以外,在3 000～2 800 cm-1(C—H),1 700～1 600 cm-1(C=O)等波段其B系數(shù)值也很高,這也證實了與此相關(guān)的有機(jī)物官能團(tuán)所在波數(shù)變量也顯著影響了碳酸鈣的預(yù)測。而在一些波段如3 500～3 000 cm-1(O—H,N—H和C—H)其B系數(shù)值相對較低,說明產(chǎn)生這些吸收波段的官能團(tuán)在此模型中的貢獻(xiàn)相對較小。3 討 論


本文編號：3412905