[发明专利]基于可见光近红外光谱技术的土壤铜含量估算方法

说明书

技术领域

本发明涉及光谱数据的处理和土壤检测领域，具体涉及一种基于可见光近红外光谱技术的土壤铜含量估算方法。

背景技术

铜(Cu)是植物中氧化酶或细胞特定的结构组件所不可缺少的组成部分，铜含量的升高，能够强烈影响植物中染色质(光合作用器官)的生长和衰老过程。土壤中铜含量的减少，会影响植物的光合作用和代谢过程，而土壤中铜含量的升高，会导致植物吸收了过量的铜，使得植物细胞膜及多种细胞器的膜系统易受损伤，影响植物的过合作用过程。因而，准确、及时地估算土壤中的含量显得尤为重要。

申请号为201310112158.3的发明公开了一种测定土壤中金属元素汞的方法，所述测定法包括以下步骤：(1)预处理：取未知土壤样本1g作为试样，将该待测试样浸泡于消解液1中，然后加热到80℃-100℃之间某一温度恒温30分钟；该消解液1为HNO₃与HCL的混合溶液100mL；再向该混合溶液中加入消解液2,然后加热到120℃-140℃之间某一温度恒温30分钟,该消解液2是HNO₃与HClO₄的混合溶液100mL；冷却至室温后取经过处理过的试液10ml，用水定容到50ml作为测定用试液备用；(2)金属汞元素测定所需工作曲线的绘制：移取一组已知汞含量的标准土壤样品，采用步骤(1)预处理相同的消解方法进行消解得到一组均匀的标准土壤样品溶液；然后引入到电感耦合等离子体原子发射光谱仪中测定，绘制测定标准工作曲线；该工作曲线的相关系数≥0.999，以满足未知土壤样本测定金属汞的要求；(3)土壤中金属汞元素测定：将步骤(1)中的待测试液引入电感耦合等离子体原子发射光谱仪，根据步骤(2)得到的标准工作曲线确定待测试样中金属汞元素的含量。

申请号为201210449109.4的发明公开了一种土壤中全量钒的测定方法，所述测定法包括以下步骤：(1)未知土壤样本样品预处理：先称取土壤样品放于锥形瓶中，加入王水，在有通风厨的电炉上加热冒烟到近干，取下土壤样品冷却后加入高氯酸，再加热并冒白烟，消除硝酸在土壤样品近粘稠状后取下冷却加入稀盐酸溶解后，用蒸馏水过滤定容到容量瓶中，摇匀静置得含钒土壤溶液待测；(2)土壤中全量钒测定：取含钒土壤溶液于比色管中，依次加入显色剂、过氧化氢溶液和盐酸溶液；再依次加入掩蔽剂后静置后摇匀放置，用比色皿于575nm波长处测定有色络合物的吸光度，并记录测量结果，待分析计算；(3)结果计算。

可见光近红外光谱技术是指利用可见光和近红外光谱波段包含的细致丰富的光谱特征描述，主要根据物质的光谱来鉴别物质及确定它的化学组成和相对含量的方法。

土壤有机质、铁锰氧化物以及粘土矿物对土壤重金属有吸附或赋存关系，土壤中的这些组分影响土壤反射率光谱形态及反射率的大小，同时在土壤反射率光谱中显示其特定的光谱吸收特性，这就为利用土壤可见光近红外反射光谱定量估算土壤中的铜元素含量提供了理论依据。

上述方法测试步骤多、操作复杂、试剂用量大、检测周期长，误差大。

因此，需要提供一种能够快速、准确地估算土壤中铜含量的方法。

目前，针对于尾矿区域中土壤铜含量的可见光近红外快速测定未见报道。可见光近红外光谱分析技术在土壤重金属含量估算有着广阔的应用前景。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出测定速度快、测定结果准确可靠、能够实现无损测量的一种基于可见光近红外光谱技术的土壤铜含量估算方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案由以下步骤组成：

(1)土壤样本的采集

在尾矿区域农田内采集土壤表层样本作为参考土壤，分为n份，n≥10，去除杂质；

(2)可见光近红外光谱测定

用光谱仪获取每份参考土壤的反射率光谱数据，波谱范围为350～2500nm；

(3)光谱的预处理

对参考土壤的反射率光谱中的可见光近红外反射率光谱进行包络线去除，得到包络线去除之后的参考土壤的可见光近红外反射率光谱；

(4)土壤铜含量参考值的测定

采用火焰原子吸收分光光度法对每份参考土壤中的总铜含量进行测定，得到每份参考土壤的铜含量参考值；

(5)估算模型的建立

采用小波神经网络建立可见光近红外反射率光谱与参考土壤铜含量参考值之间的估算模型，其中小波神经网络公式如下：