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近红外光谱技术结合递归偏最小二乘算法对土壤速效磷与速效钾含量测定研究

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光谱学与光谱分析 2015年第9期35卷 2516-2520页

作者：贾生尧杨祥龙李光张建明浙江大学生物系统工程与食品科学学院浙江杭州310058 农业部设施农业装备与信息化重点实验室浙江杭州310058 浙江大学智能系统与控制研究所工业控制技术国家重点实验室浙江杭州310027

土壤速效磷与速效钾在近红外区没有直接与它们相关的吸收峰,只能借助与其他拥有直接吸收峰物质(有机质,碳酸盐,粘土矿物,水分等)之间的相关关系而被近红外光谱技术所预测。这种相关关系会随着土壤样品构成的不同而不断变化,因此采用固... 详细信息

土壤速效磷与速效钾在近红外区没有直接与它们相关的吸收峰,只能借助与其他拥有直接吸收峰物质(有机质,碳酸盐,粘土矿物,水分等)之间的相关关系而被近红外光谱技术所预测。这种相关关系会随着土壤样品构成的不同而不断变化,因此采用固定结构的近红外光谱模型很难对速效磷与速效钾取得较好的预测效果。提出采用递归偏最小二乘法(RPLS)在预测过程中递归更新土壤速效磷与速效钾的回归系数,以提高模型的预测能力;比较了偏最小二乘法(PLS),局部加权PLS(LW-PLS),滑动窗口LW-PLS(LWPLS2)和RPLS对于土壤速效磷与速效钾含量的预测结果。194份土壤样品根据土壤类型分为建模集与预测集:建模集包含120份人为土样品;预测集则包含29份铁铝土样品,23份人为土样品和22份初育土样品。结果表明:RPLS模型取得了最优的预测结果,获得的决定系数(R2)分别为0.61与0.76,预测相对分析误差(RPD)分别为1.60与2.05。说明RPLS通过不断更新模型的回归系数,能够适应新加入建模集样品的信息。相比于其他方法,预测精度更高,适用范围更广。

关键词：近红外光谱土壤速效磷速效钾递归偏最小二乘

基于PLS-BPNN算法的土壤速效磷高光谱回归预测方法

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农业机械学报 2018年第2期49卷 166-172页

作者：齐海军李绍稳 KARNIELI Arnon 金秀王文才安徽农业大学信息与计算机学院合肥230036 内盖夫本.古里安大学雅各布.布劳斯汀沙漠研究所斯代博客84990

土壤速效磷是影响作物生长发育的重要养分指标。光谱分析技术对速效磷的定量预测具有较好的应用前景,高光谱带宽窄、分辨率高,但存在数据冗余和共线性等问题。本文针对皖北砂姜黑土145个样本开展研究,提出了利用偏最小二乘回归算法(PLS... 详细信息

土壤速效磷是影响作物生长发育的重要养分指标。光谱分析技术对速效磷的定量预测具有较好的应用前景,高光谱带宽窄、分辨率高,但存在数据冗余和共线性等问题。本文针对皖北砂姜黑土145个样本开展研究,提出了利用偏最小二乘回归算法(PLS-R)对土壤可见近红外高光谱数据(400~1 000 nm)进行数据降维和特征提取,根据交叉验证和变量投影重要性分别得到潜在变量和特征波长;再分别输入BP神经网络(BPNN)进行训练,得到回归分析模型对速效磷进行定量预测。结果表明:与利用全部波长数据建模的预测结果(校正集和验证集的相对分析误差M_(RPD)分别为10.27和2.09)相比,利用9个特征波长建立的回归模型校正集M_(RPD)为2.66,预测精度明显降低,而验证集M_(RPD)为2.05,近似达到利用全部波长数据建模的预测效果;利用5个潜在变量建立回归模型,校正集和验证集的M_(RPD)分别为3.10和2.29,其中验证集相对于全部波长建模的预测精度提高了9.6%。因此,基于PLS-BPNN算法进行回归建模可以有效降低高光谱数据冗余和共线性的影响,提高模型的泛化能力,且利用潜在变量进行回归建模能提高模型预测精度。

关键词：土壤速效磷光谱分析回归算法数据降维特征提取

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土壤速效磷可见-近红外光谱检测方法

江苏农业学报 2019年第5期35卷 1112-1118页

作者：方向王文才金秀齐海军李绍稳安徽农业大学信息与计算机学院/农业部农业物联网技术集成与应用重点实验室

土壤速效磷是影响农作物生长发育的重要指标,利用可见-近红外光谱技术对速效磷含量定量估测可为精准施肥提供重要依据。采集农田土壤样本可见-近红外光谱数据,土壤样本共179个。在原始光谱基础上采用Savitzky-Golay卷积平滑,一阶微分,... 详细信息

土壤速效磷是影响农作物生长发育的重要指标,利用可见-近红外光谱技术对速效磷含量定量估测可为精准施肥提供重要依据。采集农田土壤样本可见-近红外光谱数据,土壤样本共179个。在原始光谱基础上采用Savitzky-Golay卷积平滑,一阶微分,二阶微分,标准正态变换,多元散射校正以及去趋势校正等单一及其组合对原始光谱数据进行预处理,然后将可见-近红外光谱分为2个波段范围(400~850 nm和950~1600 nm)并与全波段分别建立偏最小二乘回归和最小二乘支持向量机回归模型。结果表明Savitzky-Golay卷积平滑结合去趋势校正预处理效果最好,在此基础上,利用400~850 nm波段建立的最小二乘支持向量机模型取得了最佳效果,其模型验证集的决定系数为0.78,均方根误差为3.79mg/kg,相对分析误差为2.17。因此,采用最小二乘支持向量机回归建模法建立土壤速效磷的光谱定量分析模型,可实现土壤速效磷的定量估测。

关键词：可见-近红外光谱土壤速效磷最小二乘支持向量机

基于梯度提升树的土壤速效磷高光谱回归预测方法

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激光与光电子学进展 2019年第13期56卷 133-142页

作者：金秀朱先志李绍稳王文才齐海军安徽农业大学信息与计算机学院

在前期研究基础上,利用皖北地区砂姜黑土的193个土壤样本的可见近红外高光谱(350~1700nm)数据,结合非线性和线性的核函数,对9种算法进行模型的首次优化;再利用随机森林、提升树和梯度提升树三种集成学习算法进行模型组合和二次优化。通... 详细信息

在前期研究基础上,利用皖北地区砂姜黑土的193个土壤样本的可见近红外高光谱(350~1700nm)数据,结合非线性和线性的核函数,对9种算法进行模型的首次优化;再利用随机森林、提升树和梯度提升树三种集成学习算法进行模型组合和二次优化。通过模型比较,优选并组合了Sigmoid函数的偏最小二乘、线性的支持向量回归、径向基的支持向量回归和Sigmoid函数的支持向量回归4个单模型,集成算法优化后发现,梯度提升树算法的预测结果最优。与单模型的预测结果相比,梯度提升树模型组合的决定系数为0.86,提高了17.8%,相对分析误差系数为2.55,从B等级提升到A,不仅在准确率上有显著提高,且组合模型过拟合更低,泛化性好。因此,梯度提升树的集成学习可结合多种模型优势,通过高光谱的模型集成来提升土壤速效磷的预测结果精确度。

关键词：成像系统土壤速效磷高光谱回归算法集成学习

茶园土壤速效磷乡镇尺度下空间异质性对比分析——以江浙地区优质名茶种植区为例

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长江流域资源与环境 2016年第10期25卷 1576-1584页

作者：董立宽方斌施龙博马鑫雨郑俊南京师范大学新型城镇化与土地问题研究中心江苏南京210023 南京师范大学地理科学学院江苏南京210023 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心江苏南京210023 江苏省物质循环与污染控制重点实验室江苏南京210023 湖州市环境监测中心站浙江湖州313000

土壤中磷素的含量对土壤肥力和茶叶品质起着至关重要的作用,探讨土壤磷素含量的空间分布特征及其影响因素,可以为茶园管理和茶叶品质的提升提供理论指导。以江苏省东山镇和浙江省溪龙乡两个优质名茶种植区为例,在遥感影像和DEM数据的基... 详细信息

土壤中磷素的含量对土壤肥力和茶叶品质起着至关重要的作用,探讨土壤磷素含量的空间分布特征及其影响因素,可以为茶园管理和茶叶品质的提升提供理论指导。以江苏省东山镇和浙江省溪龙乡两个优质名茶种植区为例,在遥感影像和DEM数据的基础上,应用地统计学方法,对比研究了两个茶园土壤速效磷含量的空间异质性特征。结果表明:(1)按土壤肥力等级标准,东山镇和溪龙乡速效磷含量的平均水平均较高,利于茶叶生长;(2)东山镇和溪龙乡速效磷含量的变异系数分别为0.46和0.52,均属于中等强度变异;(3)空间插值结果显示,东山镇和溪龙乡速效磷在空间上都具有相连成片的特征,但东山镇速效磷呈阶梯状分布特征,而溪龙乡速效磷则呈辐射状分布特征;(4)东山镇和溪龙乡速效磷的块基比值分别为0.343和0.142,表明溪龙乡速效磷受随机性因素的影响较东山镇的小,而受结构性因素的影响较东山镇的大。

关键词：茶园土壤速效磷地统计学空间异质性对比分析

黄淮海冲积平原区土壤速效磷、钾的时空变异特征

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植物营养与肥料学报 2003年第1期9卷 3-8页

作者：张世熔黄元仿李保国张凤荣高峻中国农业大学资源与环境学院北京100094

通过分析1980年和2000年124个样点耕层土壤的速效磷和速效钾含量,研究了黄淮海冲积平原区河北省曲周县土壤速效磷、钾的时空变异特征。结果表明,2000年该县土壤速效磷和速效钾含量平均为8 8mg/kg和90 0mg/kg,分别比1980年增加了69 2%和... 详细信息

通过分析1980年和2000年124个样点耕层土壤的速效磷和速效钾含量,研究了黄淮海冲积平原区河北省曲周县土壤速效磷、钾的时空变异特征。结果表明,2000年该县土壤速效磷和速效钾含量平均为8 8mg/kg和90 0mg/kg,分别比1980年增加了69 2%和降低了46 1%。由于区域间农业管理措施的差异,占全县耕地面积31%和92%的土壤速效磷和速效钾含量明显降低。20年中潮土、盐土和褐土速效磷含量分别增加了3 5mg/kg、5 8mg/kg和4 5mg/kg,速效钾含量相应降低了80 1mg/kg、30 4mg/kg和39 0mg/kg。

关键词：黄淮海冲积平原区土壤速效磷时空变异特征土壤速效钾

磷肥不同施用方式对土壤速效磷及春玉米磷素吸收和产量的影响

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华南农业大学学报 2013年第4期34卷 470-474页

作者：耿玉辉曹国军叶青其其格武鹏张鹰吉林农业大学资源环境学院吉林长春130118

通过田间小区试验的方法研究了磷肥不同施用方式下,土壤速效磷含量变化、超高产春玉米磷素吸收规律以及产量的变化.结果表明,土壤速效磷含量随施磷量的增加呈增加的趋势,苗期不同处理间差异显著,至蜡熟期差异逐渐减小.施用磷肥提高了春... 详细信息

通过田间小区试验的方法研究了磷肥不同施用方式下,土壤速效磷含量变化、超高产春玉米磷素吸收规律以及产量的变化.结果表明,土壤速效磷含量随施磷量的增加呈增加的趋势,苗期不同处理间差异显著,至蜡熟期差异逐渐减小.施用磷肥提高了春玉米植株对磷素的吸收量,在磷肥总量相同的条件下,不同基肥、追肥比例春玉米磷素吸收量有所不同.春玉米产量与磷肥施用量呈典型抛物线关系,一定范围内随施磷量增加春玉米产量呈增加的趋势,过量施用磷肥导致减产.

关键词：土壤速效磷春玉米磷素吸收产量

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山西石灰性土壤速效磷、钾测定方法的比较

土壤通报 2006年第3期37卷 620-621页

作者：马骏郭丽娜刘秀珍山西农业大学资源环境学院山西太谷030801

用M ehlich3通用浸提剂法对山西石灰性土壤速效磷、钾的含量进行了测定,并与常规方法进行比较。结果表明:M ehlich3法与常规土壤速效磷、钾测定方法的测定结果呈显著正相关性。磷的替代性较差,钾的替代性较好,且两元素之间可以相互换算。

关键词： Mehlich 3浸提剂土壤速效磷土壤速效钾

湖北省油菜磷肥施用效果与土壤速效磷分级标准研究

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中国油料作物学报 2006年第4期28卷 448-452页

作者：鲁明星邹娟鲁剑巍王倩怡吴礼树华中农业大学资源与环境学院

近两年在湖北省油菜主产区布置27个油菜大田施磷试验。试验统计结果表明，油菜施用磷肥具有明显的增产和增收效果。25个试验施磷增产效果在5％以上。施磷增产油菜籽产量15-1783kg／hm^2，平均增产量558kg／hm^2，平均增产率为53．0％，... 详细信息

近两年在湖北省油菜主产区布置27个油菜大田施磷试验。试验统计结果表明，油菜施用磷肥具有明显的增产和增收效果。25个试验施磷增产效果在5％以上。施磷增产油菜籽产量15-1783kg／hm^2，平均增产量558kg／hm^2，平均增产率为53．0％，每千克P2O5平均增收油菜籽6．2kg；施磷的纯利润平均为831．6元／hm^2，产投比平均为3．10。油菜施磷增产幅度与土壤速效磷含量呈极显著负相关。按照不施磷对照处理产量占施磷处理产量的50％、75％和90％作为判断土壤缺磷标准。则土壤速效磷极度缺乏、严重缺乏和缺乏的指标分别为9．9rag／kg、14．3mg／kg和20．2mg／kg；以施磷产投比2．0和1．0作为土壤缺磷标准时。土壤速效磷严重缺乏和缺乏的指标分别为16．2mg／kg和20．2mg／kg。

关键词：油菜磷肥产量产投比土壤速效磷临界值