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秸秆还田及不同比例控失尿素对华北平原小麦产量及潮土性质影响

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农业资源与环境学报 2024年第1期41卷 105-112页

作者：张水清涂昊泽岳克黄绍敏张博宋晓郭斗斗张珂珂岳艳军河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所郑州450002 华中农业大学资源与环境学院武汉430070 河南心连心化学工业集团股份有限公司河南新乡453700

为探讨不同控失尿素比例和秸秆还田对华北平原小麦产量及潮土化学性质的影响,本研究以华北潮土区小麦-玉米轮作体系为研究对象,采用裂区试验设计,以秸秆还田为主区,控失尿素比例为副区。秸秆还田模式设秸秆全量还田(S1)、秸秆不还田(S0)... 详细信息

为探讨不同控失尿素比例和秸秆还田对华北平原小麦产量及潮土化学性质的影响,本研究以华北潮土区小麦-玉米轮作体系为研究对象,采用裂区试验设计,以秸秆还田为主区,控失尿素比例为副区。秸秆还田模式设秸秆全量还田(S1)、秸秆不还田(S0)2种;控失尿素比例设不施肥(CK)以及控失尿素占总施氮量比例为0、40%、70%和100%(LCU0、LCU40、LCU70、LCU100)5个处理。在作物收割后进行产量测定,并采集0~20 cm耕层土壤进行常规土壤养分含量测定。结果表明:与S0处理相比,S1处理显著提高土壤有机质和速效钾含量。控失尿素显著提高土壤硝态氮含量,其他土壤养分含量无显著变化。秸秆不还田条件下,施用化肥显著降低了土壤pH值。控失尿素比例为70%时土壤养分含量最高。秸秆还田对小麦产量及吸氮量无显著影响,控失尿素对小麦产量及吸氮量增加具有极显著影响。在所有处理中,S1-LCU40处理的籽粒和秸秆产量最高,籽粒产量达7009.26 kg·hm^(-2),秸秆产量达11361.38 kg·hm^(-2)。秸秆还田对土壤氮素依存率具有显著影响,不同比例控失尿素对氮素收获指数具有显著影响,对氮肥表观利用率、土壤氮素依存率具有极显著影响。控失尿素比例为40%或70%时氮素吸收利用指标较优。综上,在华北平原潮土区,秸秆还田与40%控失尿素比例配施可以显著提升土壤供氮能力,提高小麦产量和氮素吸收与利用指标,是较为适宜的管理措施,但其机理及长期效应还需进一步研究。

关键词：控失尿素秸秆还田土壤养分硝态氮籽粒产量氮肥利用率

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不同氮效率小麦品种的籽粒灌浆特性

中国土壤与肥料 2024年第3期 174-180页

作者：宋晓张珂珂岳克岳艳军张歆玥黄绍敏郭腾飞郭斗斗张水清李向东丁世杰杨程河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所河南郑州450002 河南省农业生态环境重点实验室河南郑州450002 河南心连心化学工业集团股份有限公司河南新乡453000 河南省农业科学院小麦所河南郑州450002

为明确不同氮效率小麦品种的籽粒灌浆特性及其与产量和氮效率的关系,于2019—2021年选取高产氮高效(HH)、高产氮低效(HL)和低产氮低效(LL)小麦品种为试验材料,利用Logistics模型在大田生产条件下模拟籽粒灌浆进程,分析产量构成参数,探... 详细信息

为明确不同氮效率小麦品种的籽粒灌浆特性及其与产量和氮效率的关系,于2019—2021年选取高产氮高效(HH)、高产氮低效(HL)和低产氮低效(LL)小麦品种为试验材料,利用Logistics模型在大田生产条件下模拟籽粒灌浆进程,分析产量构成参数,探究不同氮效率小麦的籽粒灌浆特性差异及其与氮利用效率的关系。结果表明,不同类型品种间的籽粒灌浆特性均存在较大差异。不同品种的最大灌浆速率和平均灌浆速率均表现为HH>HL>LL,达到最大灌浆速率时的籽粒质量则表现为HL>HH>LL,HH与HL之间差异不明显。灌浆活跃期和有效灌浆时间均表现为HH

关键词：小麦高产氮高效氮低效籽粒灌浆

长期不同施肥模式对潮土有机氮组分及剖面分布的影响

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农业资源与环境学报 2023年第1期40卷 116-125页

作者：岳克张水清黄绍敏张珂珂王柏寒郭腾飞郭斗斗宋晓河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所郑州450002

为研究长期不同施肥模式下潮土有机氮组分特征及剖面分布,明确不同施肥模式下土壤的供氮潜力,在潮土长期定位试验(1990—2020年)不同施肥措施下,选取对照(CK,不施肥)、单施化肥(NPK)、化肥+秸秆还田(NPKS)、有机无机肥配施(NPKM)4个处理... 详细信息

为研究长期不同施肥模式下潮土有机氮组分特征及剖面分布,明确不同施肥模式下土壤的供氮潜力,在潮土长期定位试验(1990—2020年)不同施肥措施下,选取对照(CK,不施肥)、单施化肥(NPK)、化肥+秸秆还田(NPKS)、有机无机肥配施(NPKM)4个处理,采用Bremner法测定了不同处理土壤有机氮各组分和全氮含量。结果表明,不同施肥模式对土壤耕层(0~20 cm)全氮、酸解总有机氮及酸解有机氮各组分含量影响显著或极显著(P<0.05或P<0.01)。与NPK处理相比,NPKS处理土壤全氮、酸解总有机氮、酸解铵态氮、酸解氨基酸态氮含量分别显著提高了22.10%、44.03%、39.07%、44.71%,NPKM处理土壤全氮、酸解总有机氮、酸解铵态氮、酸解氨基酸态氮含量分别显著提高了46.09%、54.73%、25.14%、67.06%。相同土层土壤全氮和酸解有机氮各组分含量均在NPKM处理最高,其次为NPKS处理。在0~100 cm土层,各处理土壤有机氮均以铵态氮和氨基酸态氮为主,且酸解总有机氮和各组分氮含量总体上在表层土壤(0~20 cm)最高。0~100 cm土层酸解总有机氮及各组分含量总体上均随土层深度增加而下降。土壤中的氮素以酸解有机氮为主,占全氮含量比例范围为59.01%~92.31%。与CK处理相比,各施肥处理降低了土壤未知态氮占全氮的比例。综上,土壤有机氮组分含量变化与施肥模式密切相关,有机无机肥配施和化肥+秸秆还田能显著增加土壤全氮及酸解有机氮各组分含量,进而提高土壤供氮能力,是华北平原潮土区适宜的施肥模式;从相关性分析结果看,在土壤耕层有机氮组分中酸解铵态氮和氨基酸态氮是土壤氮的主要贡献因子。

关键词：长期定位潮土有机氮组分有机肥化肥配施

长期施用有机肥和过磷酸钙对潮土有效磷积累与淋溶的影响

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应用生态学报 2011年第1期22卷 93-98页

作者：黄绍敏郭斗斗张水清河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所郑州450002

利用20年定位试验研究了施用化肥和有机肥对潮土耕层土壤有效磷(Olsen-P)含量与作物产量的关系及土壤Olsen-P积累和垂直移动规律的影响.结果表明:土壤Olsen-P含量在10～40mg·kg-1能保证小麦、玉米有较高的产量,土壤Olsen-P含量大于40mg... 详细信息

利用20年定位试验研究了施用化肥和有机肥对潮土耕层土壤有效磷(Olsen-P)含量与作物产量的关系及土壤Olsen-P积累和垂直移动规律的影响.结果表明:土壤Olsen-P含量在10～40mg·kg-1能保证小麦、玉米有较高的产量,土壤Olsen-P含量大于40mg·kg-1发生显著淋溶,轻壤质潮土Olsen-P发生淋溶的阈值为40mg·kg-1.连续施用化肥(NPK)和秸秆还田处理(SNPK)施磷量在77～90kg.hm-2,平均每100kgP.hm-2使耕层土壤Olsen-P提高0.63～0.72mg·kg-1,每年提高0.49～0.65mg·kg-1,达到淋失阈值需要45～60年.有机肥与化肥结合(MNPK、MNPK2和1.5MNPK),年施磷量为210kg.hm-2时,土壤Olsen-P(Y)与施肥年度(x)的关系为:Y1.5MNPK=4.506x+6.4464(R2=0.8862),平均每年增加4.5mg·kg-1,连续施用8年可使耕层土壤Olsen-P达到淋失阈值;年施磷量为125和140kg.hm-2时,土壤Olsen-P与施肥年度的关系为:YMNPK2=2.4765x+13.563(R2=0.9307)和YMNPK=3.1097x+6.9615(R2=0.8562),平均每年增加2.47和3.1mg·kg-1,连续施用11年可使耕层土壤Olsen-P达到淋失阈值.有机无机肥结合处理土壤Olsen-P积累速度是化肥处理的3.5倍,过量施用有机肥增加了土壤Olsen-P的积累和淋失.

关键词：潮土长期定位试验 Olsen-P 积累与淋溶有机肥

长期施肥对黄淮海平原小麦氮素吸收及氨挥发的影响

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中国土壤与肥料 2022年第11期 40-47页

作者：张水清张博岳克林杉郭斗斗郭腾飞黄绍敏河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所河南郑州450002 华中农业大学资源与环境学院湖北武汉430070

黄淮海平原是我国重要的粮食主产区,针对该区域氮肥利用率低且损失率高等问题,以国家土壤质量新乡观测实验站为研究平台,监测长期不同施肥模式下小麦玉米轮作体系土壤氮素损失规律,探讨减少黄淮海平原土壤氨挥发的科学施肥方式,为提高... 详细信息

黄淮海平原是我国重要的粮食主产区,针对该区域氮肥利用率低且损失率高等问题,以国家土壤质量新乡观测实验站为研究平台,监测长期不同施肥模式下小麦玉米轮作体系土壤氮素损失规律,探讨减少黄淮海平原土壤氨挥发的科学施肥方式,为提高氮肥利用效率提供理论依据。设置了对照(CK)、单施化肥(NPK)、单施有机肥(M)、秸秆还田配施化肥(NPK+S)、化肥增施有机肥(NPK+M)5个处理,于小麦季观测潮土氨挥发损失,分析土壤矿质氮含量、pH值对氨挥发的影响。结果表明,长期施肥对小麦产量及氮素吸收有显著影响。各施肥处理小麦产量均显著高于CK处理,且籽粒、秸秆和颖壳产量以NPK+M处理最高,分别达11.6、13.38和3.34 t·hm^(-2),较NPK处理分别增加15.6%、39.1%和18.4%。各处理的小麦地上部吸氮量以NPK+M处理最大,达306.67 kg·hm^(-2),较NPK、NPK+S处理分别提高14.3%、44.7%。不同施肥处理对土壤氨挥发有显著影响,小麦季土壤氨挥发速率峰值主要在施肥后1~4 d内,其中NPK+S处理观测到的峰值高达N 0.40 kg·hm^(-2)·d^(-1),其次为NPK+M处理。不同长期施肥处理小麦季土壤氨挥发损失总量达9.73~13.73 kg·hm^(-2),且基肥期氨挥发总量(占施肥量52.7%~64.3%)高于追肥期;NPK+S处理小麦季土壤氨挥发总量最高(13.73 kg·hm^(-2)),与NPK处理相比显著提高24.5%。而NPK+M处理小麦季土壤氨挥发总量最低,占施氮量的4.65%,显著低于其他施肥处理。综上所述,有机无机肥配施比单施化肥能显著提高小麦产量和氮肥吸收,降低土壤氨挥发,有利于实现作物高产与肥料高效利用,可作为黄淮海平原小麦生产的优化施肥方式。

关键词：氨挥发长期施肥潮土氮肥吸收黄淮海平原

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土壤有机质含量高光谱预测模型的构建

土壤有机质含量高光谱预测模型的构建

作者：郭斗斗扬州大学

学位级别：硕士

高光谱测量技术的不断改进和多变量统计算法的深入具体研究使得高光谱技术得到越来越广泛的发展,在农业领域的应用不断丰富和深入,取得了很好的研究结果。使用高光谱技术对土壤主要养分进行预测建模,可以避免传统化学测定方法耗时、费... 详细信息

高光谱测量技术的不断改进和多变量统计算法的深入具体研究使得高光谱技术得到越来越广泛的发展,在农业领域的应用不断丰富和深入,取得了很好的研究结果。使用高光谱技术对土壤主要养分进行预测建模,可以避免传统化学测定方法耗时、费力、成本高、污染环境等问题,实现大范围、快捷、无损的监测。随着建模方法的不断改进,同时监测多种土壤理化特性的模型不断被提出,使得高光谱技术在农田土壤方面的应用更具优势。评价高光谱预测模型优劣的主要标志是模型的预测能力和稳定性。因为高光谱技术自身高分辨率、多波段、大数据量的特点,使高光谱技术可以用来表达细微信息的同时,给预测模型建立带来了更多的要求。光谱数据的预处理方法和建模方法的选取,直接影响到建模的精度。基于此,本文选取了25种数据预处理方法,结合两种主要的建模方法,对河南省四种主要土壤类型潮土、褐土、砂姜黑土、水稻土的室内过筛土壤进行建模比较,依据模型的预测能力和稳定性,选取了不同土壤类型的最佳预测模型。总结了不同土壤类型建模最适宜的预处理方法,结果表明对于室内测定过筛土壤高光谱,使用导数法及多种预处理相组合的方法,可以提高建模精度。不同的数据平滑点数的选取依据光谱数据的差异对建模精度影响不同,且不是所有数据预处理转换方法都能提高建模精度,通过尝试对比,可获取最佳的预测模型。不同建模方法选取的有机质敏感波段有差异,但主要集中波段相似,研究结果发现潮土有机质高光谱敏感波段主要集中在400-600nm的可见光波段、近红外的800nm附近,以及三个水分吸收波段1400nm、1900nm、2200nm附近。褐土有机质高光谱敏感波段主要集中在650nm-750nm的可见光波段、近红外的920nm、1820nm以及水分吸收波段2200nm附近。砂姜黑土有机质高光谱敏感波段主要集中在500-600nm、780nm附近的可见光波段、近红外的1320nm、1800nm附近、水分吸收波段2250nm附近以及2400nm附近。水稻土有机质高光谱敏感波段主要集中在500-700nm附近的可见光波段、近红外的1700nm、1800nm、2400nm以及水分吸收波段2250nm附近。可见光波段及水分吸收波段2250nm附近是四种土壤有机质的共同敏感波段。为了建立更为实用的预测模型,本文特别选取具有不同有机质含量梯度及不同土壤属性的长期定位试验区原状潮土,通过室内浸水-低温烘干操作,获取模拟大田不同土壤含水量及养分状况的样品,分别进行室内及野外光谱的采集与建模。所建模型预测能力和稳定性都较高,尤其是土壤含水量预测模型,检验模型的决定系数Rv2达到0.955,误差RMSEv仅为0.026（n=356）,该模型可以用于预测潮土不同肥力条件及湿度条件下土壤有机质含量及土壤含水量大小。建模过程采用不同的预处理方法加以对比、筛选,结果表明,相比使用过筛土壤建立预测建模,对原状土光谱建模时选取的最佳预处理方法不同,能够消除测定系统噪声及样品表面测定差异的标准化预处理方法如多元散射校正、标准正态变换等建立的预测模型精度最高。而对过筛土壤室内预测模型具有很好提升模型精度作用的导数法,尤其是二阶导数法,不适宜原状土光谱模型。使用导数法增强了光谱噪声,降低模型精度风险较大。同时,本文对获取的不同土壤水分含量及有机质水平的356份室内原状土光谱和253份野外原状土高光谱按照五个含水量层次和中、高、低三个有机质水平分别建立了各自适应的5个有机质预测模型及3个土壤含水量预测模型。所建模型的精度更高,并且选入的波段较少,使预测模型简单,获取模型所需光谱数据更加容易,增加了模型的实用性,这些预测模型可用于原状潮土有机质和土壤含水量的预测。本研究通过分析室内、野外测得的大量具广泛代表性的潮土原状土壤光谱,总结了室内及野外条件下,原状土壤高光谱模型选取的敏感波段的异同,发现两种测定条件下模型选取的敏感波段相似,但野外模型选入的波段更少,500-700nm可见光波段,900nm附近的近红外波段是有原状潮土机质敏感的共同波段,可见光的400-580nm波段是潮土原状土水分的共同敏感波段。

关键词：土壤有机质敏感波段高光谱预测模型土壤含水量分层模型

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废稀土荧光粉铁粉碱熔—酸浸提取稀土的研究

废稀土荧光粉铁粉碱熔—酸浸提取稀土的研究

作者：郭斗斗江西理工大学

学位级别：硕士

稀土荧光粉广泛应用于照明领域,从中产生的废稀土荧光粉废料量与日俱增,已成为重要的稀土二次资源。从废稀土荧光粉中提取稀土,一方面可以提高稀土资源利用效率,另一方面可以降低环境污染。目前,处理废稀土荧光粉的主流工艺为碱熔-酸浸... 详细信息

稀土荧光粉广泛应用于照明领域,从中产生的废稀土荧光粉废料量与日俱增,已成为重要的稀土二次资源。从废稀土荧光粉中提取稀土,一方面可以提高稀土资源利用效率,另一方面可以降低环境污染。目前,处理废稀土荧光粉的主流工艺为碱熔-酸浸法。利用该法处理废稀土荧光粉,Y和Eu回收率较高,可达95%以上,而Ce、Tb回收率则较低,仅为70%左右,造成稀土总收率偏低,其原因是碱熔过程Ce、Tb易氧化为四价、且难溶于酸的氧化物。针对废稀土荧光粉提取过程中Ce、Tb难提取的瓶颈问题,本研究提出采用铁粉碱熔-酸浸法回收稀土的方法,并对铁粉碱熔机理进行了研究。结果表明:(1)通过计算CeO、CeO、TbO、TbO在不同温度下与盐酸反应的吉布斯自由能值,并分别构建了Ce-HO系和Tb-HO系电位-pH图,对Ce、Tb氧化物酸浸热力学进行了分析,结果表明:CeO基本不与酸反应,而CeO易于酸反应,TbO与TbO均可溶于酸,但TbO比TbO更易与酸反应。通过CeO和TbO的酸解实验,得知CeO浸出效率不超过2%,即便在有双氧水存在的条件下,其浸出率也不超过15%,TbO虽然可以被盐酸浸出,但所需的条件较为苛刻。(2)研究了废稀土荧光粉铁粉碱熔-酸浸工艺提取稀土的工艺条件。结果表明:在废料、氢氧化钠、还原铁粉质量比1:2:0.005,碱熔温度700℃,碱熔时间3h,盐酸浓度3mol·L-1,酸浸温度70℃,酸浸时间1h,固液比1:7.5的条件下,稀土浸出率高达99.35%,其中的Ce、Eu、Tb、Y浸出率分别为98.12%、99.93%、99.37%、99.60%,此工艺方法获得了较好的浸出效果。(3)采用SEM和XRD对废荧光粉铁粉碱熔前后物相进行检测,探明了废稀土荧光粉铁粉碱熔-酸浸工艺提取稀土机理。结果表明:废荧光粉铁粉碱熔前结构成块状,颗粒较大,经铁粉碱熔后产物结构被破坏,且其中的Ce、Tb确以三价的CeO和TbO存在。说明在碱熔过程中,少量铁粉确实可抑制三价Ce和Tb的氧化,为废稀土荧光粉铁粉碱熔-酸浸工艺提取稀土奠定了理论基础。

关键词：废稀土荧光粉铁粉碱熔浸出二次资源回收

长期不同施肥下潮土磷素演变特征及其对磷盈亏的响应

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中国土壤与肥料 2022年第1期 112-121页

作者：张珂珂郭斗斗宋晓岳克黄晨晨张水清黄绍敏河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所河南郑州450002 郑州大学农学院河南郑州450006

以"国家潮土土壤肥力与肥料效益长期监测站"的定位试验为平台,选取试验中的5个处理,即1)NK(不施磷肥);2)NPK(施氮磷钾化肥);3)MNPK(NPK化肥+有机肥);4)1.5MNPK(MNPK处理施肥量的1.5倍);5)SNPK(NPK化肥+秸秆还田),分析不同施肥下土壤全磷... 详细信息

以"国家潮土土壤肥力与肥料效益长期监测站"的定位试验为平台,选取试验中的5个处理,即1)NK(不施磷肥);2)NPK(施氮磷钾化肥);3)MNPK(NPK化肥+有机肥);4)1.5MNPK(MNPK处理施肥量的1.5倍);5)SNPK(NPK化肥+秸秆还田),分析不同施肥下土壤全磷(TP)和有效磷(Olsen-P)的演变规律,探讨土壤全磷增量、有效磷增量与土壤磷盈亏的关系。结果表明,NK处理土壤磷素一直处于亏缺状态,施磷处理土壤磷素均有盈余,其中1.5MNPK处理作物磷素盈余量最高;MNPK、SNPK处理作物磷素盈余量比NPK处理分别提高了12.01%、10.86%。试验28年后SNPK处理土壤TP、Olsen-P增幅比NPK处理分别提高了3.08、55.34个百分点;1.5MNPK处理土壤的TP、Olsen-P含量增幅最高。随试验年限延长,NPK、SNPK处理土壤TP、Olsen-P含量呈上升趋势;MNPK、1.5MNPK处理土壤TP含量呈上升趋势,年增幅分别为0.022、0.028 g·kg^(-1),土壤Olsen-P含量在试验前13年呈现快速上升,之后2~3年维持平稳,后12年呈下降趋势;施磷处理土壤TP和Olsen-P增量与磷素累积盈余呈正相关,土壤磷素每盈余100 kg·hm^(-1),土壤TP含量提高0.04~0.33 g·kg^(-1)、土壤Olsen-P含量提高1.94~2.97 mg·kg^(-1),其中MNPK处理磷素增加最高。综上,土壤TP和Olsen-P增量随磷素盈亏而变化。氮磷钾化肥配施有机肥或配施秸秆还田促进作物对磷的吸收。施磷处理均增加土壤TP、Olsen-P含量,且氮磷钾化肥配施有机肥增加速度最快。

关键词：长期肥料试验潮土全磷有效磷磷累积盈亏

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多种潮土有机质高光谱预测模型的对比分析

农业工程学报 2014年第21期30卷 192-200页

作者：郭斗斗黄绍敏张水清聂胜委河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所郑州450002

为了对比不同方法建模效果的差异,筛选潮土有机质高光谱最佳预测模型,该研究采集国家潮土土壤肥力与肥料效益长期监测站不同施肥处理耕层土样83份,采用25种光谱预处理方法(15种单一预处理方法,10种预处理方法相加算法)结合3种建模方法(... 详细信息

为了对比不同方法建模效果的差异,筛选潮土有机质高光谱最佳预测模型,该研究采集国家潮土土壤肥力与肥料效益长期监测站不同施肥处理耕层土样83份,采用25种光谱预处理方法(15种单一预处理方法,10种预处理方法相加算法)结合3种建模方法(多元线性回归、偏最小二乘回归、支持向量机回归),构建不同的潮土有机质高光谱预测模型。对比模型预测结果表明,最佳光谱建模方法是偏最小二乘回归法,该方法结合多种预处理方法均获得了较高的模型预测精度和可靠性,25个检验模型的平均决定系数、均方根误差值RMSEv和相对分析误差RPD值分别为0.913、1.264 g/kg和3.299。使用预处理方法相加算法能更好地提升模型精度,相比使用单一预处理方法,3种建模方法的检验模型平均决定系数分别提高了0.049、0.033和0.071,RMSEv分别降低了0.318、0.204和0.528 g/kg,RPD值分别提高了0.530、0.307和1.144。先用多元散射校正法再进行5个平滑点数的一阶导数预处理在3种建模方法中表现均较好(平均决定系数=0.934,平均RMSEv=1.17 g/kg,平均RPD=3.59),可作为潮土有机质预测模型的通用预处理方法。偏最小二乘回归模型结合最大值标准化预处理所建模型(决定系数=0.948,RMSEv=0.972 g/kg,RPD=4.276)精度高、可靠性强,且建模过程数据运算更为简便,是筛选出的最佳潮土有机质高光谱预测模型。该研究结果对潮土有机质高光谱预测建模有一定的指导作用,并为筛选最佳高光谱预测模型提供技术参考。

关键词：光谱分析土壤模型潮土有机质对比分析