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    高光譜成像技術(shù)在土壤有機(jī)質(zhì)和氮元素檢測(cè)中的應(yīng)用

    發(fā)布時(shí)間: 2025-02-28  點(diǎn)擊次數(shù): 262次

    土壤是地球上最大的活躍碳循環(huán)庫(kù),但近幾個(gè)世紀(jì)以來,由于人類活動(dòng)(如減少木本植被覆蓋)對(duì)其造成了干擾。土壤有機(jī)質(zhì)檢測(cè)對(duì)評(píng)估土壤肥力、監(jiān)測(cè)土壤污染、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)等至關(guān)重要,高光譜成像技術(shù)結(jié)合了光譜分析和成像技術(shù),能夠在連續(xù)的光譜波段內(nèi)獲取目標(biāo)物體的空間和光譜信息,能夠顯著提升檢測(cè)效率及精度,有助于精準(zhǔn)地評(píng)估土壤健康和質(zhì)量,管理土壤資源,維護(hù)生態(tài)平衡。


    案例1:熱帶土壤中的有機(jī)碳和氮含量預(yù)估

    芬蘭赫爾辛基大學(xué)Petri Pellikka等研究人員23年發(fā)表在《Science of the Total Environment》上的一篇文章,展示了便攜式高光譜相機(jī)(VNIR)在估算土壤有機(jī)碳(SOC)和氮含量方面的實(shí)用性,以實(shí)現(xiàn)高效監(jiān)測(cè)土壤屬性。研究中利用Specim IQ便攜式高光譜成像相機(jī)對(duì)不同海拔高度的5個(gè)典型土地類型(農(nóng)林業(yè)、農(nóng)田、森林、灌木林和劍麻種植園)共計(jì)191個(gè)土壤樣本進(jìn)行了光譜成像分析,并通過燃燒分析儀確定其SOC和氮含量。

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    基于高光譜圖像,結(jié)合多種機(jī)器學(xué)習(xí)算法建立土壤光譜與土壤屬性之間的定量關(guān)系模型,實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤樣本中SOC和氮含量的估算。結(jié)果顯示,5種機(jī)器學(xué)習(xí)算法都能夠準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)熱帶土壤的SOC和氮含量,誤差精度在1%左右。實(shí)驗(yàn)證明,高光譜成像技術(shù)能夠在短時(shí)間內(nèi)獲取土壤的光譜信息,能夠快速、無損地分析土壤屬性,還能提供高精度的定量分析,為全面評(píng)估土壤健康和質(zhì)量提供有力依據(jù)。

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    案例2:不同深度的土壤有機(jī)質(zhì)含量檢測(cè)

    巴西馬林加州立大學(xué)農(nóng)學(xué)系的研究人員提取巴拉那州8個(gè)不同深度的384個(gè)土壤樣品,采用高光譜成像技術(shù)對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行預(yù)測(cè)分析,基于高光譜數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)結(jié)果與化學(xué)分析方法獲取的土壤SOM(有機(jī)質(zhì))含量相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.75。結(jié)果表明,高光譜成像技術(shù)能夠通過光譜變化,有效區(qū)分不同深度的土壤有機(jī)質(zhì)含量,驗(yàn)證了高光譜成像技術(shù)是高效準(zhǔn)確檢測(cè)土壤有機(jī)質(zhì)的有力手段。

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    此外,高光譜成像技術(shù)憑借其高通量、無損檢測(cè)、非接觸等特點(diǎn),在土壤健康評(píng)估、污染監(jiān)測(cè)和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中表現(xiàn)突出,為土壤科學(xué)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了重要的技術(shù)支持。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和成本的降低,高光譜成像技術(shù)將在土壤分析領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。


    北京易科泰生態(tài)技術(shù)有限公司長(zhǎng)期致力于生態(tài)-農(nóng)業(yè)-健康領(lǐng)域儀器的研發(fā)、應(yīng)用與推廣,先后推出了FluorTron多功能高光譜成像技術(shù)、新一代農(nóng)業(yè)傳感器技術(shù)、易科泰SoilLab土壤呼吸實(shí)驗(yàn)測(cè)量技術(shù)(可用于評(píng)估土壤微生物活性)、LIBS元素分析技術(shù)、土壤樣芯分析技術(shù)等,為土壤養(yǎng)分、污染、重金屬檢測(cè)、土壤-植物互作關(guān)系研究提供從實(shí)驗(yàn)室到野外,從地面到無人機(jī)遙感解決方案。

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