用ARCoptix傅里叶红外光谱仪估算土壤有机碳.pdf

上海昊量光电设备有限公司Tel：4006-888-532Website：AUNION TECH CO.,LTDWe chat：AunionTechE-mail：用 Arcoptix 傅里叶红外光谱仪估算土壤有机碳可见光到近红外（VIS-NIR）和中红外（MIR）光谱等光谱技术被认为是确定土壤有机碳（SOC）的实验室方法的有效替代方案。需要进行研究以探索 VIS-NIR 和 MIR 吸光度的融合对于改善 SOC 预测的潜力，因为每个单独的光谱范围可能不包含足够的信息来产生合理的估计精度。在这里，我们研究了两种在输入数据中不同的数据融合策略，包括全光谱吸光度的直接串联和通过最优波段组合（OBC）算法串联所选预测因子。土壤有机碳（SOC）是一个关键的土壤质量指标，因为它直接或间接地影响土壤的物理，化学，生物状态和整体肥力。维持和改善 SOC对于支持植物生长和作物产量至关重要。此外，SOC 与全球碳循环密切相关，因为土壤有机碳在土地-大气交换中起着核心作用。因此，在精准农业和全球变暖的背景下，监测 SOC 至关重要。需要创新来建立新的传感方法，以便以高采样分辨率以成本和时间有效的方式定量估计 SOC。凭借其易用性和快速测量，近端土壤传感（PSS）越来越流行用于表征土壤特性.最常用的 PSS 技术包括 X 射线荧光光谱，激光诱导击穿光谱，可见光到近红外（VIS-NIR）和中红外（MIR）光谱。在光谱预处理和多变量建模的帮助下，使用单个传感器成功估计了各种土壤特性，例如 SOC。尽管使用单个传感器进行土壤研究的研究显示出有希望的结果，但没有一个单独的传感器可以充分捕获土壤的复杂性。因此，每种技术的单个光谱范围可能没有足够的信息来为特定土壤性质提供合理的预测精度。提高预测元素准确性的一种可行方法是合并和整合来自多个传感器的数据，这称为数据融合。VIS-NIR 和 MIR 光谱技术都显示出确定 SOC 的巨大潜力，VIS-NIR 和 MIR 光谱的数据融合在改善 SOC 估计方面的潜力值得探索。已经提出并探索了不同级别的数据融合方法，包括低（例如，简单串联），中（例如，提取的特征的融合）和高（例如，多个模型输出的组合）水平.但是，到目前为止，还没有一种“一刀切”的数据融合方法适合处理所有数据集。因此，研究其他先进的数据融合解决方案的努力仍在进行中，需要继续。在实验室的干燥，研磨和细筛土壤上进行光谱测量。使用光谱分辨率为 1 nm 的 ARCoptix FT-NIR 傅里叶变换可见光-近红外纤维光谱仪（瑞士东北纳沙泰尔的 ARCoptix 公司）收集了 400-2600 nm 区域的漫反射-近红外反射光谱。卤素光源为土壤样品提供一致的照明，接触式探头附件以 56的视角测量反射率。将每个样品放入三个培养皿中（每个培养皿的深度为 2 厘米，直径为 5 厘米）。用刮刀将培养皿中的土壤轻轻地调平，形成光滑的土壤表面，从而保证了最大的光谱信噪比。在光谱采集之前和期间，仪器由 100%陶瓷参考面板手动校准。每个土壤样品获得 30 个光谱，并将其平均成一个光谱，用于进一步的数据分析。获得原始反射光谱，然后转换为吸光度单位（log10（1/R），其中 R 代表反射率数据）。MIR 光谱收集在 4000-650 cm1 光谱范围，光谱分辨率和采样间隔为 4 cm1和 2 cm1。在对每个样品进行光谱扫描之前，使用镀金参比帽来校准仪器。记录了原始吸光度单位。在数据融合之前，以波数（cm1）通过 nm=10，000，000/波数的方程转换为波长单位（nm）（Knox 等人，2015）。为了排除每个光谱两个边缘的噪声部分，首先将 VIS-NIR 和 MIR 吸光度分别修剪为 450-2500 nm 和 260012，600 nm。可见-近红外和 MIR 吸光度均经过萨维茨基-戈莱平滑处理（窗口尺寸：11;多项式阶数：2），然后向下采样到 10 nm 的间隔，以减少数据冗余并优化建模处理时间。随后的数据分析，如 CWT 分解和数据融合，都是在上述预处理步骤之后进行的。上海昊量光电设备有限公司Tel：4006-888-532Website：AUNION TECH CO.,LTDWe chat：AunionTechE-mail：每个 SOC 类的可见光-NIR 和 MIR 原始吸光度平均值。总体而言，VISNIR 和 MIR 吸光度与文献中报告的典型土壤光谱数据相当。一般而言，两组原始吸光度都表现出一个共同的趋势，即吸光度随着 SOC 的降低而降低，尽管这种降低对于 MIR 吸光度不太明显。这主要是因为随着 SOC 含量的降低，土壤变得更亮，并且光吸收更少。ARCoptix 公司的傅里叶红外光谱仪非常紧凑，集成度非常高。具有体积小，性能强的独特优势。大小可以参考下图:上海昊量光电设备有限公司Tel：4006-888-532Website：AUNION TECH CO.,LTDWe chat：AunionTechE-mail：FT-IR Rocket 傅里叶红外光谱仪具有高灵敏度、高分辨率。可选光谱范围有 2-6m，1.5-8.5m，2-12m。更多详细信息可询：https:/ 了解更多的产品信息，或直接来电咨询 4006-888-532。