土壤成分与特性参数光谱快速检测方法及传感技术

邢华铭

摘 要：随着经济的发展，我国的科学技术水平也取得了長足的发展，因此在现代化的农业发展中，科学技术越来越发挥着重要的作用，尤其是在红外光谱技术，其在现阶段的土地土壤的具体成分，以及涉及到的具体的参数分析研究中，可以精确的计算出研究对象的实际含水量、颗粒成分等情况，促进了我国农业产业的现代化发展。基于此，本文对该种方法具体应用时的方法，以及传感技术进行了分析。

关键词：土壤；光谱；检测；传感

中图分类号：P182.3+1 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20171232015

目前，我国农业的发展趋势是逐步向着精细化的方向发展，以此来提高农产品的质量和产量，促进农业资源的合理配置。在进行农作物种植时，需要根据土壤条件，以及作物的生长需要，及时进行施肥、灌溉处理。但是这两项工作开展的质量，易受到具体土壤环境的影响，因此需要对其土壤的成分情况，以及肥力参数情况，应用近红外光谱分析技术进行研究。同时，还需要借助于光谱分析传感器，对土壤条件，做进一步的详细研究。

1 土壤光谱分析的快速检测方法研究

该种检测技术，在国内外均有着广泛的研究，且已经显著的发展成果。国外的研究，始于20世纪80年代，研究人员多应用了多元回归线性算法，进行了建模，以此来对获得的数据进行计算。在该时期的研究中，对于土壤含有的肥力情况未进行实时测量。而后，研究人员将土壤的成分、理化特性、营养成分等情况使用上述方法进行了研究。在20世纪90年代，科研人员研究出了应用化学计量学，这一新的算法来进行数据计算，为光谱测量出的相关数据的精确计算提供了巨大的帮助。美国农业部也在同一时期，开始进行了土壤中含有的营养成分的光谱快速检测，以及传感技术的研究，在具体的检测中，研究人员选取了土壤样本，应用光谱仪进行了测量，对其中含有的有机质的具体质量，构建了PLS预测模型。该模型中，包含着较多的光谱数据，因此在实验室中，可以实现快速的数据测量。此外，其根据研究的数据结果，进行了有机质含量的传感器研制。

我国从20世纪90年代开始了该项内容的研究。其中于飞建、闵顺耕等人，应用了光谱分析技术，对样本土壤中含有的有机质、全氮含量数据进行了分析，并使用了PLS算法，进行了模型的构建。之后的沙晋明、陈鹏飞等人，继续对土壤中的有机质含量，与光谱值之间的关系，以及含氮、磷的含量，进行了研究，对于建模的结果进行了明确的处理。而李小昱等人，对于土壤中的情况，使用傅里叶变换光谱仪进行了光谱的测量，之后应用了PLS分析算法， 建立了含水量的分析模型，对于农田灌溉工作进行了用水量的把握。此外，浙江大学的何勇等人，对于土壤信息的研究中，除了采用了上述的实验室检测方法以外，还借助了具有着近地遥感功能的分析仪，对有关于土壤含水量、有机质含量、营养成分含量、田间温度与肥力的实时测量工作，进行了详细的算法、建模分析，最终获得结果精确度极高。李民赞等人，基于农业的精细化发展的需要，对于土壤参数，以及所包含的氮磷钾肥力的成分，应用光谱分析技术进行了分析。该团队根据获得的数据，进行了分析，以此研发出了土壤有机质、全氮含量的实时分析的仪器，进一步便捷了田间土壤实时数据测量结果的精准性。在该内容的研究中，土壤中的含水情况，以及具体颗粒，会对其他的光谱分析模型分析的数据结果，有着一定的影响。因此这是目前基于光谱分析法，测量土壤相关信息的一项重要的研究工作。根据该问题研究的现状可知，其使用的是小波包分析法。对于土壤的光谱曲线，进行了结点的分解处理，将分析中，处于最高、低频的结点，记录下来，以此形成该曲线变化图。对结果进行分析可知，含水率会引起该曲线的总体变化，土壤颗粒，会造成其具体结点的高低变化。将最高、最低频去掉，即可在降低这两方面因素影响的前提下，获取精准的结果。综上所述，在对该内容的研究中，基于光谱技术的土壤分析仪、算法，对于土壤相关的成分分析，以及实时情况的分析中，结果较为理想，满足了精细化农业肥力提高，以及水利供给的需要[1]。

2 土壤光谱传感技术的研究

在对土壤的各项条件，进行实时的测量时，需要借助于传感技术进行数据的获取，因此基于光谱的实时数据传感器的研究，经过了便携式、车载式的广泛发展，使得土壤的施肥配比、参数测量逐步从实验室，走向了田间地里，使得数据结果可以更好的为土壤的精细化耕作服务。在目前的研究中，车载式在线光谱仪，其可以对土壤中的参数信息，实现精准的分析。因此需要将在线土壤光谱分析仪不断在精细化农业生产中，进行宣传和普及。同时，在传感技术的研究中，目前也对含有着多项功能的土壤在线检测系统，进行了相应的研发，针对以往检测中的一些无法精确计算的问题，其可以通过机械特性分析，以及介电特性分析，实现优势互补，最终获得具有着较高精度的数据。

3 结束语

对于土壤的成分、参数，除了可以使用光谱测量方法、传感技术，进行分析，还可以使用目前极为先进的光声光谱分析技术、THZ技术，做以研究。

参考文献

[1]周萍.高光谱土壤成分信息的量化反演[D].北京：中国地质大学，2006.