本文關(guān)鍵詞：土壤氮含量的快速檢測方法及傳感器研究

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【摘要】：我國農(nóng)業(yè)一直處于人均耕地少、農(nóng)作方式落后的狀態(tài),構(gòu)建信息化和機(jī)械化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式是提高我國農(nóng)業(yè)科技水平的關(guān)鍵,如何高效利用土壤肥力完成節(jié)能高效的農(nóng)作物生產(chǎn)也成為了農(nóng)業(yè)領(lǐng)域備受關(guān)注的問題。土壤氮素的盈缺將一定程度上改變農(nóng)作物的質(zhì)量與產(chǎn)量,同時(shí)氮素流失會(huì)導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化和溫室效應(yīng),所以有效精確的測量土壤氮含量,對合理施肥有指導(dǎo)作用,對精細(xì)農(nóng)業(yè)意義重大。針對土壤氮含量實(shí)時(shí)檢測方法,本文分別采用光譜分析法和土壤介電測量法,做了如下工作：1.本文首先進(jìn)行了基于光譜分析法測量土壤氮含量的研究。分析了光譜反射率和其五種變換形式與土壤氮含量的相關(guān)性,分別利用一元回歸、二元線性回歸、多元逐步回歸和偏最小二乘回歸法構(gòu)建了土壤氮含量估算模型,并對各模型進(jìn)行了模型檢驗(yàn)。試驗(yàn)表明：反射率和吸光度在進(jìn)行微分后與土壤氮含量的相關(guān)性大大增加,光譜反射率的特征波段主要為425～472nm和2185-2205nm等波段。本文構(gòu)建的估算模型中以反射率的二階微分為自變量的多元逐步回歸模型最適用于實(shí)際應(yīng)用,其R2為0.695,RMSE為0.131。以偏最小二乘法構(gòu)建回歸模型普遍精度高穩(wěn)定性好,模型的決定系數(shù)均高于0.958,預(yù)測相關(guān)系數(shù)最高為0.841。2.本文還以電介質(zhì)理論為基礎(chǔ),利用駐波比法設(shè)計(jì)了土壤氮含量傳感器,完成了傳感器的硬件和軟件設(shè)計(jì),并進(jìn)行了標(biāo)定試驗(yàn)和傳感器性能實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明：傳感器的標(biāo)定模型的決定系數(shù)R2達(dá)到0.96,對比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)傳感器的精準(zhǔn)度低于光譜分析技術(shù),但該傳感器測量結(jié)果可靠且動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性都較好,可以完成對土壤氮含量的測量。3.本文最后進(jìn)行了光譜分析法和介電測量法的對比試驗(yàn),結(jié)果表明：兩種方法的模型檢驗(yàn)R2分別為0.862和0.840,兩者的測量結(jié)果都有較好的準(zhǔn)確性,其中光譜分析法的測量精度較高,介電特性法的傳感器測量過程較簡便。
【關(guān)鍵詞】：土壤氮素 光譜 駐波比法 傳感器
【學(xué)位授予單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP212
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 1 緒論7-11
• 1.1 研究目的和意義7-8
• 1.2 土壤氮含量檢測的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀8-10
• 1.3 研究目標(biāo)與研究內(nèi)容10-11
• 2 土壤氮含量測量原理11-18
• 2.1 土壤氮素簡介11
• 2.2 土壤介電特性簡介11-14
• 2.3 土壤氮含量的測量方法14-17
• 2.3.1 凱氏定氮法14-15
• 2.3.2 光譜分析法15-16
• 2.3.3 駐波比法16-17
• 2.4 本章小結(jié)17-18
• 3 基于光譜分析測量土壤氮含量18-37
• 3.1 地物波譜測量原理18-20
• 3.1.1 地物的波譜特性18-19
• 3.1.2 土壤的光譜特征19-20
• 3.2 光譜采集與預(yù)處理20-24
• 3.3 相關(guān)性分析24-26
• 3.4 回歸模型26-32
• 3.4.1 一元線性回歸模型26-27
• 3.4.2 二元線性回歸模型27-29
• 3.4.3 多元逐步回歸模型29-30
• 3.4.4 偏最小二乘回歸模型30-32
• 3.5 模型校驗(yàn)32-35
• 3.6 本章小結(jié)35-37
• 4 基于介電特性的土壤氮含量傳感器設(shè)計(jì)與試驗(yàn)37-54
• 4.1 土壤氮含量傳感器的硬件設(shè)計(jì)37-39
• 4.1.1 總體設(shè)計(jì)方案37
• 4.1.2 高頻振蕩信號(hào)源37-38
• 4.1.3 檢波電路38
• 4.1.4 A/D轉(zhuǎn)換38
• 4.1.5 數(shù)據(jù)處理單元38-39
• 4.1.6 數(shù)據(jù)通信模塊39
• 4.1.7 硬件抗干擾設(shè)計(jì)39
• 4.2 土壤氮含量傳感器的軟件設(shè)計(jì)39-40
• 4.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果分析40-52
• 4.3.1 傳感器原理驗(yàn)證試驗(yàn)41-43
• 4.3.2 探針間距選擇試驗(yàn)43-44
• 4.3.3 探針長度選擇試驗(yàn)44-45
• 4.3.4 標(biāo)定試驗(yàn)45-51
• 4.3.5 動(dòng)態(tài)響應(yīng)試驗(yàn)51
• 4.3.6 穩(wěn)定性試驗(yàn)51-52
• 4.4 本章小結(jié)52-54
• 5 光譜法與介電法的對比試驗(yàn)54-59
• 5.1 材料和方法54-55
• 5.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集55-56
• 5.3 對比試驗(yàn)分析56-57
• 5.4 本章小結(jié)57-59
• 6 總結(jié)與展望59-61
• 6.1 總結(jié)59-60
• 6.2 展望60-61
• 參考文獻(xiàn)61-65
• 個(gè)人簡介65-66
• 導(dǎo)師簡介66-67
• 獲得成果67-68
• 致謝68

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