亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        贛南臍橙葉片含水量和葉綠素含量的近紅外檢測(cè)

        2015-12-22 01:49:22劉德力周衍華趙文星劉燕德
        安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) 2015年12期
        關(guān)鍵詞:方法模型

        劉德力,周衍華,趙文星,劉燕德

        (1.江西省興國(guó)縣農(nóng)業(yè)和糧食局,江西興國(guó)342400;2.華東交通大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,江西南昌330013)

        贛南是我國(guó)種植面積最大的臍橙生產(chǎn)基地,年產(chǎn)量居世界第三,并有“中國(guó)臍橙之鄉(xiāng)”之稱的美譽(yù)。研究贛南臍橙果樹生長(zhǎng)發(fā)育就必須研究其生長(zhǎng)發(fā)育過程營(yíng)養(yǎng)元素的變化,這些元素直接影響果樹的長(zhǎng)勢(shì)和產(chǎn)量。表征臍橙生長(zhǎng)狀況的最主要信息包括臍橙葉片的含水量和葉綠素含量。葉綠素含量與植株抗病性有直接關(guān)系[1-3],水分直接影響臍橙的生長(zhǎng)和產(chǎn)量以及品質(zhì)。因此快速地獲取臍橙水分狀況,對(duì)臍橙估產(chǎn)及農(nóng)情監(jiān)測(cè)等方面具有重要意義[4]。

        近紅外光譜分析方法作為是一種快速、簡(jiǎn)便及無破壞性的測(cè)量方法,國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者基于該方法應(yīng)用在植物營(yíng)養(yǎng)元素的檢測(cè)上[5-8]。董晶晶等利用反射光譜信息對(duì)提取葉片含水量的方法進(jìn)行比較研究[8]。趙瑞嬌等通過對(duì)溫室番茄葉片葉綠素含量和葉片含水量研究并分析了不同營(yíng)養(yǎng)水平下番茄冠層和葉片的反射光譜變化[9]。蔣煥煜等應(yīng)用近紅外檢測(cè)技術(shù)對(duì)尖椒葉片葉綠素含量的分析,建立葉片葉綠素含量模型且預(yù)測(cè)相關(guān)系數(shù)和預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)誤差都很好[10]。

        國(guó)內(nèi)外利用近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用在贛南臍橙的研究較少。因此筆者以江西贛南臍橙果園基地的臍橙葉片為研究對(duì)象,應(yīng)用近紅外光譜技術(shù),分別用偏最小二乘(PLS)、主成分回歸(PCR)和最小二乘支持向量機(jī)(LS-SVM)方法對(duì)臍橙葉片的含水量和葉綠素含量建立相應(yīng)的模型。分析并比較3種建模方法PLS、PCR和PLR在預(yù)測(cè)臍橙葉片的含水量和葉綠素含量的模型精確度,從而得到一種快速檢測(cè)葉片含水量和葉綠素含量的定量估計(jì)模型,為快速獲取葉片養(yǎng)分含量提供理論依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 臍橙葉片樣品的采集與處理 供試的88個(gè)葉片樣品來自江西省萬安縣臍橙果園種植基地,選取不同位置的臍橙果樹,根據(jù)施肥與果樹大小來劃分選取22棵果樹,每棵間距大于15 m。采集東西南北不同區(qū)域的同一層葉片,每棵樹采集4片。對(duì)采集回來的葉片帶回實(shí)驗(yàn)室,用水沖洗干凈葉片,并晾干。然后對(duì)葉片樣品進(jìn)行編號(hào)、標(biāo)記,在對(duì)樣品進(jìn)行光譜采集前儲(chǔ)存條件平均溫度20℃,相對(duì)濕度60%。

        1.2 臍橙葉片樣品近紅外光譜數(shù)據(jù)的采集 臍橙葉片近紅外光譜采集儀器為布魯克TENSOR37型傅立葉變換近紅外光譜儀。儀器相配套附件有旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)、透射樣品腔和RTInGaAs檢測(cè)器等。光譜儀的基本參數(shù)設(shè)置:測(cè)量范圍12 000~4 000 cm-1,分辨率為8 cm-1,重復(fù)掃描32次。試驗(yàn)期內(nèi)室內(nèi)溫度都在15~20℃,空氣濕度在45% ~50%。采集光譜的過程中,應(yīng)該使臍橙葉片保持平整的狀態(tài)。每次采集臍橙葉片光譜前應(yīng)該進(jìn)行參考板校正,每個(gè)臍橙葉片樣品分別采集6條近紅外光譜,然后取樣品的平均光譜。

        1.3 光譜預(yù)處理方法 采集的近紅外光譜往往會(huì)受到噪聲等各種外界因素的干擾。噪聲主要包括以下幾部分:基線漂移、高頻隨機(jī)噪聲、樣品不均勻和光散射等,這些因素直接對(duì)模型的建立產(chǎn)生不利影響,因此需要對(duì)光譜進(jìn)行預(yù)處理以便降噪、減少各種不利因素的干擾,提高模型預(yù)測(cè)精度。該試驗(yàn)使用數(shù)據(jù)處理軟件Unscrambler對(duì)傅立葉變換近紅外光譜儀采集的光譜進(jìn)行預(yù)處理,使用的預(yù)處理方法SG平滑、多元散射校正、一階微分、二階微分、標(biāo)準(zhǔn)歸一化、基線校正(SG/MSC/1st D/2nd D/SNV/Baseline)6種預(yù)處理方法。

        1.4 臍橙葉片含水量和葉綠素含量的測(cè)定

        1.4.1 臍橙含水量的測(cè)定。臍橙葉片含水量采用相對(duì)含水量。對(duì)葉片稱重,將稱重紙放入精度為0.000 1 g的電子秤上,待數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定時(shí)進(jìn)行歸零操作。然后將樣品放入稱重紙上,待數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定時(shí)記錄數(shù)據(jù)(m1)。將采集光譜后的葉片的88個(gè)樣品放入烘箱烘干。按照上面操作過程對(duì)樣品進(jìn)行稱重并記錄數(shù)據(jù)m2。計(jì)算葉片的相對(duì)含水量(Leaf Moisture Content,LMC):

        LMC=(m1-m2)/m1

        1.4.2 臍橙葉片葉綠素含量的測(cè)定。臍橙葉片葉綠素含量的測(cè)定使用SPAD-520Plus葉綠素儀測(cè)量,SPAD值的大小反應(yīng)了臍橙葉片中葉綠素的相對(duì)含量的多少。SPAD-520Plus葉綠素儀的測(cè)量區(qū)間相對(duì)葉片是一個(gè)很小的點(diǎn),為了測(cè)量更加精確,該試驗(yàn)采取多次測(cè)量的方法,對(duì)采集光譜的葉片區(qū)域內(nèi)進(jìn)行上、下、左、右4個(gè)方位測(cè)量葉綠素含量,然后取4個(gè)位置的葉綠素含量平均值作為葉綠素含量的真值。

        1.5 模型建立與評(píng)價(jià) 模型采用預(yù)測(cè)相關(guān)系數(shù)(RP)、預(yù)測(cè)均方根誤差(RMSEP)進(jìn)行評(píng)價(jià)。判斷模型預(yù)測(cè)能力好不好,其模型結(jié)果應(yīng)該具有較高的預(yù)測(cè)相關(guān)系數(shù)(RP)以及較小的預(yù)測(cè)集均方根誤差(RMSEP),RP越接近1、RMSEC和RMSEP越小并且兩個(gè)值相差不大時(shí),則說明所建模型越好,反之模型預(yù)測(cè)效果不好。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 臍橙葉片近紅外光譜圖 圖1為樣品在4 000~12 000 cm-1范圍內(nèi)的原始光譜,其中5 180、6 869 cm-1為2 個(gè)明顯的吸收峰。葉綠素是一種有機(jī)物,包含各種有機(jī)分子團(tuán)OH、C-H、N-H等。5 180 cm-1吸收峰為O-H振動(dòng)的組合頻、N-H伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng)的組合頻、C-H第一組組合頻(5 000~4 160 cm-1)疊加而成,6 869 cm-1吸收峰為O -H伸縮振動(dòng)的一級(jí)倍頻、N-H伸縮振動(dòng)的一級(jí)倍頻(6 666 cm-1)疊加所致。圖1中3條曲線是從88個(gè)臍橙葉片樣品中挑選出來,可大致分為高、中、低3類。

        2.2 臍橙葉片含水量和葉綠素含量的測(cè)量結(jié)果 在88個(gè)臍橙葉片樣本中,根據(jù)含量梯度法以近似2∶1的比例從總樣中選取59個(gè)樣本用于建模,剩余29個(gè)樣本用于驗(yàn)證模型。其臍橙葉片樣本的基本統(tǒng)計(jì)值見表1。

        表1 樣品測(cè)量的統(tǒng)計(jì)

        2.3 臍橙葉片含水量和葉綠素含量的模型建立及驗(yàn)證 采集到的原始光譜使用一階微分、二階微分、SG平滑、標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量變換、基線校正、多元散射校正方法進(jìn)行預(yù)處理。分別建立了PLS、PCR和LS-SVM方法的臍橙葉片相對(duì)含水量模型和葉綠素含量模型。其結(jié)果分別如如表2、3、4所示。

        表2 葉片含水量和葉綠素含量的PLS模型結(jié)果

        在使用LS-SVM方法的模型建立中,要求調(diào)的參數(shù)就2個(gè)。γ和σ是算法的2個(gè)最為重要的參數(shù):γ是正規(guī)化參數(shù),決定誤差的最小化以及光滑程度;σ2則是核函數(shù)RBF的參數(shù)。γ和σ2的參數(shù)優(yōu)化采用幾何學(xué)方法兩點(diǎn)格子狀搜尋技術(shù)[11-13]來。將模型參數(shù)(γ,σ2)的取值范圍設(shè)定為10-3~106。模型參數(shù)的最優(yōu)組合的確定是通過matlab軟件計(jì)算得到的。

        2.4 臍橙葉片含水量和葉綠素含量模型驗(yàn)證結(jié)果對(duì)比分析 采集的近紅外光譜往往會(huì)受到噪聲等各種外界因素的干擾。提高模型預(yù)測(cè)精度通常對(duì)采集的光譜進(jìn)行預(yù)處理。而模型的評(píng)價(jià)由預(yù)測(cè)相關(guān)系數(shù)RP、預(yù)測(cè)均方根誤差(RMSEP)決定。通常一個(gè)良好的模型應(yīng)具有小的校正均方根誤差RMSEC和預(yù)測(cè)均方根誤差RMSEP,且兩者的值越接近越好。根據(jù)評(píng)價(jià)原則,在用PLS方法建立的葉片含水量和葉綠素含量模型中,對(duì)比光譜不同預(yù)處理后,發(fā)現(xiàn)6種不同的預(yù)處理對(duì)預(yù)測(cè)葉片含水量的結(jié)果影響不大,RP的值在0.980左右,且RMSEC和RMSEP幾乎無相差,其中最好的組合是None-PLS 建模,其中 RP為0.985,RMSEP 為0.023;在預(yù)測(cè)葉片葉綠素含量的結(jié)果除了對(duì)原始光譜進(jìn)行1st預(yù)處理模型不甚理想,其他預(yù)處理模型結(jié)果相差不大,預(yù)測(cè)相關(guān)系數(shù)RP在0.90~0.94,其中最好的組合是原始光譜直接PLS建模,其中RP為 0.940,RMSEP 為 3.587。

        表3 葉片含水量和葉綠素含量的PCR模型結(jié)果

        表4 葉片含水量和葉綠素含量的LS-SVM模型結(jié)果

        同樣,在用PCR方法建立的葉片含水量和葉綠素含量模型中,對(duì)比光譜不同預(yù)處理后。找出建模最優(yōu)組合,對(duì)葉片含水量預(yù)測(cè)效果最好的是MSC-PCR,其RP為0.981,RMSEP為0.025;在預(yù)測(cè)葉片葉綠素含量的效果最好SG-PCR,其中RP為0.903,RMSEP為4.451。在用 LS-SVM 方法建模中,對(duì)葉片含水量預(yù)測(cè)效果最好的是原始光譜直接LS-VSM建模,其中 RP為0.981,RMSEP為0.037;在預(yù)測(cè)葉片葉綠素含量的效果最好的組合是MSC-LS-VSM,其中RP為0.933,RMSEP 為0.230。

        對(duì)比3種方法建立的預(yù)測(cè)模型。在預(yù)測(cè)葉片含水量的模型中,3種方法預(yù)測(cè)效果整體相差不大,其最優(yōu)的預(yù)測(cè)模型是使用 PLS 建模(RP=0.985,RMSEP=0.023)。圖2 為 PLS模型對(duì)29個(gè)葉片樣品的驗(yàn)證散點(diǎn)圖。在預(yù)測(cè)葉片葉綠素含量的模型中,3種方法預(yù)測(cè)效果相差不大,通過LS-SVM建模后,RMSEP值有所降低。雖然用PLS建模方法得到的RP=0.940 最大,但是RMSEP(RMSEP=3.587)較用LS-SVM 建模得到的結(jié)果(RMSEP=0.230)大,且用LS-SVM建模得到的RP(0.933)與0.940相差很小,所以在預(yù)測(cè)葉片葉綠素含量的模型中,最有預(yù)測(cè)效果是MSC-LS-VSM。圖3是LS-SVM模型對(duì)葉綠素含量29個(gè)樣品的驗(yàn)證散點(diǎn)圖。

        只用一種方法同時(shí)預(yù)測(cè)葉片含水量和葉綠素含量,在預(yù)測(cè)葉片含水量的最優(yōu)建模方法是PLS,而在預(yù)測(cè)葉綠素含量時(shí)最優(yōu)建模方法是LS-SVM,但是PLS方法預(yù)測(cè)葉綠素含量效果較LS-SVM相差不大。綜合考慮,用一種方法同時(shí)預(yù)測(cè)葉片含水量和葉綠素含量,最優(yōu)建模方法是PLS。

        3 結(jié)論

        試驗(yàn)以贛南臍橙葉片為研究對(duì)象,運(yùn)用近紅外光譜技術(shù)檢測(cè)葉片含水量和葉綠素含量2個(gè)指標(biāo),在全波段4 000~12 000 cm-1范圍內(nèi)建立了2個(gè)指標(biāo)的PLS、PCR和LS-SVM定量檢測(cè)模型。結(jié)果分析發(fā)現(xiàn),在預(yù)測(cè)葉片含水量和葉綠素含量的模型中,3種方法預(yù)測(cè)精度整體相差不大,且建模的預(yù)測(cè)結(jié)果都較為理想,可以定量預(yù)測(cè)葉片含水量和葉綠素含量。

        在預(yù)測(cè)葉片含水量的模型中,3種方法預(yù)測(cè)效果整體相差不大,其最優(yōu)的預(yù)測(cè)模型是使用PLS建模,其中RP=0.985,RMSEP=0.023。

        在預(yù)測(cè)葉片葉綠素含量的模型中,3種方法預(yù)測(cè)效果相差不大,最優(yōu)預(yù)測(cè)模型是MSC-LS-VSM,其中RP=0.933,RMSEP=0.23。只用一種方法對(duì)2個(gè)指標(biāo)含量建模,其最優(yōu)建模方法是PLS。

        [1]陳臻,徐秉良.葉綠素含量與草坪草對(duì)葉枯病抗病性的關(guān)系[J].草原與草坪,2005(2):59 -61.

        [2]顏惠霞,徐秉良,梁巧蘭,等.南瓜品種對(duì)白粉病的抗病性與葉綠素含量和氣孔密度的相關(guān)性[J].植物保護(hù),2009,35(1):79 -81.

        [3]劉會(huì)寧,朱建強(qiáng),萬幼新.幾個(gè)歐亞種葡萄品種對(duì)霜霉病的抗性鑒定[J].上海農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2001,17(3):64 -67.

        [4]吉海彥,馬淏,梁雪.近紅外光譜無損檢測(cè)農(nóng)作物葉片含水量的研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)[J].儀器儀表學(xué)報(bào),2009,30(6):497 -499.

        [5]MCWHIRT A L,WEINDORF D C,CHAKRABORTY S,et al.Visible near infrared diffuse reflectance spectroscopy(VisNIR DRS)for rapid measurement of organic matter in compost[J].Waste Management & Research,2012,30(10):1049 -1058.

        [6]范如芹,楊學(xué)明,張曉平,等.東北黑土不同組分有機(jī)碳的近紅外光譜測(cè)定[J].光譜學(xué)與光譜分析,2012,32(2):349 -353.

        [7]SAKIRKIN S P,MORGAN C S,AUVERMANN B W.Effects of sample processing on ash content determination in solid cattle manure with visible/near-infrared spectroscopy[J].Transactions of ASABE,2010,53:421-428.

        [8]董晶晶,牛錚,沈艷,等.利用反射光譜信息提取葉片水分含量的方法比較[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2006,28(4):587 -591.

        [9]趙瑞嬌,李民贊,楊策.溫室番茄冠層和葉片光譜特征分析及營(yíng)養(yǎng)診斷[J].光譜學(xué)與光譜分析,2010,30(11):3103 -3106.

        [10]蔣煥煜,應(yīng)義斌.尖椒葉片葉綠素含量的近紅外檢測(cè)分析實(shí)驗(yàn)研究[J].光譜學(xué)與光譜分析,2007,27(3):499 -502.

        [11]劉飛,王莉,何勇.應(yīng)用有效波長(zhǎng)進(jìn)行奶茶品種鑒別的研究[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào):工學(xué)版,2010,44(3):619 -624.

        [12]LIN H,CHEN Q,ZHAO J.Determination of free amino acid content in Radix Pseudostellariae using near infrared(NIR)spectroscopy and different multivariate calibrations[J].Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis,2009,50(5):803 -808.

        [13]YU H Y,NIU X Y,LIN H J,et al.A feasibility study on on-line determination of rice wine composition by Vis–NIR spectroscopy and least squares support vecto machines[J].Food Chemistry,2009,113(1):291 -296.

        猜你喜歡
        方法模型
        一半模型
        重要模型『一線三等角』
        重尾非線性自回歸模型自加權(quán)M-估計(jì)的漸近分布
        學(xué)習(xí)方法
        可能是方法不對(duì)
        3D打印中的模型分割與打包
        用對(duì)方法才能瘦
        Coco薇(2016年2期)2016-03-22 02:42:52
        FLUKA幾何模型到CAD幾何模型轉(zhuǎn)換方法初步研究
        四大方法 教你不再“坐以待病”!
        Coco薇(2015年1期)2015-08-13 02:47:34
        賺錢方法
        亚洲av天堂免费在线观看| 久久亚洲精彩无码天堂| 亚洲αv在线精品糸列| 日本特黄特色特爽大片| 精品久久久久久久无码| 国产成人综合亚洲av| 亚洲免费在线视频播放| 国产三级在线观看完整版| 欧美疯狂性xxxxxbbbbb| 国产av色| 成人一区二区三区激情视频| 国产电影无码午夜在线播放| 成人亚洲性情网站www在线观看 | 国产内射爽爽大片视频社区在线| 久热在线播放中文字幕| 中文亚洲成a人片在线观看| 蜜桃免费一区二区三区| 亚洲一区二区三区香蕉| 福利在线国产| 国产一区二区三区日韩精品| 国产亚洲精品熟女国产成人| 大肉大捧一进一出视频出来呀| 98精品国产综合久久| 99久久久无码国产精品6| 亚洲国产精品久久久久久久| 久久综合一本中文字幕| 久久久精品亚洲一区二区国产av| 久久久亚洲欧洲日产国码αv| 久久青草伊人精品| 熟女人妻一区二区中文字幕| 日产乱码一二三区别免费l| 高中生粉嫩无套第一次| 国产码欧美日韩高清综合一区| 成人性生交大片免费5| 久久久久久无码av成人影院| 亚洲一区综合精品狠狠爱| 亚洲一区二区三区一区| 中文有码无码人妻在线| 最近中文字幕完整版| 久草视频在线这里只有精品| 一区二区三区视频在线观看|