土壤学中的红外光谱分析方法研究

龙源期刊网

近红外分析中光谱预处理方法的研究与应用进展

作者：王欣

来源：《科技资讯》2013年第15期

摘 要：光谱预处理方法在近红外光谱分析技术中占居重要地位。本文综述了均值中心化、标准化、归一化、平滑、导数、正交信号校正等常用的光谱预处理方法，着重介绍了傅里叶变换（FT）、小波变换（WT）两种基于变量压缩和信息提取的光谱预处理方法。

关键词：近红外光谱 预处理 小波变换

中图分类号：O657.33 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（c）-0002-01

近红外光谱（700～2500 nm）主要是含氢基团的倍频和组合频的吸收光谱，吸收强度弱，灵敏度相对较低，吸收带宽也相对较宽且重叠严重。利用近红外光谱仪对样品进行采集，得到的光谱除了样品自身的信息外，还携带了其他无关的信息。为了得到准确可靠的分析结果，对光谱数据进行预处理是十分必要的。

1 光谱预处理方法与应用

（1）均值中心化（mean centering）。均值中心化是从每个光谱数据中减去各个样品的平均光谱，以此来消除光谱的绝对吸收值。在对样品进行定性和定量分析时，光谱均值中心化是最为常用的。

（2）标准化（autoscaling）。标准化又称为均值方差化，是把均值中心化处理后的光谱再除以校正集光谱阵的标准偏差光谱。

（3）归一化（normalization）。归一化算法有：最小/最大归一化、矢量归一化、回零校正。在近红外光谱分析中，常用的是矢量归一化，它是先计算出光谱的吸光度平均值，然后用光谱减去该平均值，再除所有光谱的平方和。光谱归一化的目的是消除光程变化对光谱产生的影响。

（4）平滑（smoothing）。信号的平滑是消除噪声最常用的方法，对滤除高频噪声尤为有效。常用的平滑方法有移动平均平滑法和Savitzky-Golay卷积平滑法。移动平均平滑法的基本思想是选择一个宽度为的平滑窗口，计算窗口内的中心波长点g以及g点前后点处光谱测量值得平均值，用来代替波长点g处的测量值，依次改变g值来移动窗口，完成对所有波长点的平滑。Savitzky-Golay卷积平滑法（多项式平滑），波长点g处经过平滑后的平均值为：，式中： 龙源期刊网

土壤腐殖质的研究

摘要: 土壤有机质一直是土壤学研究领域的重点，作为有机质主体的土壤腐殖质的研究更是成为土壤学、环境化学和地球化学等领域的热点方向之一。文中通过对土壤腐殖质的组成和结构，土壤腐殖质的性状以及土壤腐殖质分析技术三方面的研究简单阐述了土壤腐殖质的基本情况和对土壤的影响以及对在研究中有待进一步用分析化学解决的几个问题也进行了探讨。

关键词: 土壤腐殖质土壤肥力核磁共振红外光谱

1 引言

土壤腐殖质是一类高分子有机物，是土壤有机质的主体，是动、植物残体通过微生物分解、合成的产物，是土壤肥力的重要标志。由于它具有胶体特性，能吸附较多的阳离子，因而使土壤具有保肥力和缓冲性，它还能使土壤疏松和形成结构，从而改善土壤的物理性。它也是土壤微生物必不可少的碳源和能源。腐殖质最显著特征之一就是能与金属离子、氧化物、氢氧化物、矿物质和包括毒性污染物在内的有机物发生相互作用，形成具有千差万别的化学和生物学稳定性的溶于水和不溶于水的缔合物。这些作用对于土壤养分的保蓄，土壤良好结构的形成以及土壤有害物质的毒性消除具有重大的意义[1]。现今，随着化肥和农药的使用越来越普遍以及化学工业发展造成的环境污染的加剧，实施可持续的有机农业便成为世界农业发展的必然趋向。因此，进行土壤有机质的研究对于农业发展就是得相当重要了。而土壤腐殖质的形成、结构及性质的明确了解是阐明土壤保肥、供肥机制的前提，也是认识土壤与作用间养分循环的基础，同时也为农业生产上有机培肥措施的制定及有机肥料的研制提供理论依据。近年来，现代仪器分析技术的发展为土壤腐殖质的研究提供了先进的手段，使其研究有了许多新的突破。本文将讨论土壤腐殖质的组成和土壤腐殖质的分析化学研究情况。

2 土壤腐殖质的组成

从18世纪80年代开始，土壤中的一类黑色物质引起了人们的广泛关注，随着对其化学组成和结构研究的深入，最后被定名为土壤腐殖质[2]。土壤腐殖质是动、植物残体在微生物作用下分解并再合成的一类深色、难分解、大分子有机化合物[3]。动植物残体及根系分泌物在微生物作用下生成土壤有机质的过程被称作腐殖化过程。土壤腐殖质可分为2类：一类是与已知的有机化合物具有相同结构的单一物质，被称作非腐殖质类物质；另一类是腐殖质类物质[4]。前者包括：(1))碳水化合物，(2)碳氢化合物如石蜡，(3)脂肪族有机酸和酯类，(4)醇类，(5)酯类，(6)醛类，(7)树脂类，(8)含氮化合物。这一类物质可占腐殖质总量的5%～15%；腐殖质类物质是土壤中所特有的，根据颜色和溶解性一般被分为：(1)富里酸，(2)胡敏酸，(3)胡敏素。腐殖质类物质占腐殖质总量的85%～95%。

原子吸收法在土壤检测中的分析与研究

作物生长离不开各种元素的支持，原子吸收法土壤中各种元素的含量对作物的产量与质量有直接的影响。土壤养分检测是对土壤中各种成分的含量进行精确的测算，从而为合理配施肥提供科学的理论依据。近年来，测土配方、标准农田提升、耕地质量评价等项目不断得到实施与推进，但这些项目往往需要土壤样品养分分析及检测数据的支持，由此才能得出相应的结论与评价。无论是农业科研项目还是农技推广部门测土配方等养分检测，实际采用的检测方法不断随国家标准、行业标准及实际运用中积累的经验进行调整，鉴于采用不同的检测方法获得的结果存在一定的差异性，有必要阐述原子吸收法在土壤样品分析中存在的几个问题，以达到准确获得土壤检测数据的目的。

标签：原子吸收法；土壤检测；分析；研究

土壤是植物整个成长进程中不可或缺的重要营养根底。由于不同土壤中的相关营养成分并不完全相同，因而只要科学、合理、精确地对土壤中各种营养进行检测，才能为植物正常成长供给根据和参阅。同时，原子吸收法土壤检测工作是一个非常谨慎和精密的工作，稍有不慎，都可能导致土壤检测值和实践值之间存在必定的差错。这就要求检测人员采纳必要的应对办法，尽量下降差错以及消除一些不利于检测的要素，进而全面提高土壤检测的精确性。只要这样，才能够为农业测土配方上肥供给科学根据和参阅数据，并有助于树立土壤营养剖析数据库，为农业栽培和耕耘办法的挑选供给重要参阅，最终降低农业生产成本，提高农作物产值，进而全面提高农人的经济收益 。

1、原子吸收法土壤检测的意义

土壤是地球表层的岩石经过风化作用， 逐步损坏成疏松的、大小不等的矿藏颗粒（称为母质）。 而土壤是在母质、气候、生物、地势、时刻等多种成土要素归纳作用下形成和演化而成的。 土壤组成很复杂，整体来说是由矿藏质、动植物残体腐解发生的有机质、水分和空气等固、液、气三相组成的。 土壤是农业生产的基础，是粮食生产的载体，是人类赖以生存的物质根底，土壤质量的好坏直接关系到农产品质量、人类健康以及经济社会的可持续发展。

第29卷第2期2022年4月水土保持研究ResearchofSoilandWaterConservationVol.29,No.2Apr.,2022

收稿日期:2021-03-04 修回日期:2021-04-03 资助项目:国家自然科学基金(42077452,41771549) 第一作者:苏卓侠(1997—),女,山西临汾人,博士研究生,研究方向为植物凋落物分解与土壤固碳。E-mail:SZX1212@ 通信作者:上官周平(1964—),男,陕西扶风人,研究员,博士生导师,主要从事旱地农业、植物生态研究。E-mail:Shangguan@植物凋落物分解对土壤有机碳稳定性影响的研究进展

苏卓侠,苏冰倩,上官周平

(西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,陕西杨凌712100)

摘 要:凋落物是植物向土壤输入有机碳的主要途径,源于凋落物的碳一部分以CO2的形式散失到大气,另一部分以有机碳

的形式输入到土壤中,在土壤微生物的作用下经过一系列的周转参与稳定有机质的形成。但土壤作为“黑箱”,凋落物

向土壤有机碳转移的过程和作用机理仍不明确。结合国内外该研究领域的主要成果,简要介绍了植物凋落物分解的

研究方法、土壤有机碳组分及土壤有机碳稳定性,并从植物凋落物分解对土壤有机碳及其组分、土壤呼吸和激发效

应、土壤微生物群落结构及酶活性的影响以及植物-土壤-微生物相互作用过程对有机碳稳定性的影响等方面进行概

述,厘清植物凋落物分解与土壤稳定有机碳形成的关系,并提出了未来该领域亟待关注的研究方向和研究内容。

关键词:凋落物分解;土壤有机碳;稳定性;微生物

中图分类号:S153;S154 文献标识码:A 文章编号:1005-3409(2022)02-0406-08

AdvancesinEffectsofPlantLitterDecompositiononthe

StabilityofSoilOrganicCarbon