مهندسی بیوسیستم ایران

مهندسی بیوسیستم ایران

پیش‌بینی فسفر قابل جذب خاک با استفاده از طیف‌سنجی مرئی/ فروسرخ نزدیک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
2 بخش تحقیقات هوشمندسازی کشاورزی، موسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران
3 گروه علوم خاک،دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
4 شورای ملی تحقیقات ایتالیا، موسسه روش‌شناسی، تجزیه و تحلیل محیطی، 85050 پوتنزا، ایتالیا
10.22059/ijbse.2026.418854.665661
چکیده
ویژگی‌های فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی خاک نقشی اساسی در اجرای راهبردهای مناسب مدیریت اراضی دارند. در میان این ویژگی‌ها، فسفر یکی از ضروری‌ترین عناصر غذایی برای رشد گیاه به شمار می‌رود. پژوهش حاضر با اهداف ارزیابی قابلیت طیف‌سنجی مرئی- فروسرخ نزدیک در پیش‌بینی فسفر قابل‌دسترس خاک و بررسی تأثیر روش‌های مختلف پیش‌پردازش طیفی بر دقت پیش‌بینی انجام شد. بدین منظور، ۱۵۰ نمونه از باغ‌های چای شهرستان لاهیجان و مزارع کشاورزی واقع در اطراف پالایشگاه تهران (اسماعیل‌آباد) و پالایشگاه جنوب تهران (شهر ری) جمع‌آوری شد. در این پژوهش، کاربرد طیف‌سنجی بازتابی در محدوده مرئی- فروسرخ نزدیک برای اندازه‌گیری و پیش‌بینی مقدار فسفر خاک بررسی شد. بدین منظور، طیف نمونه‌های خاک خشک‌شده در هوا با استفاده از طیف‌سنج FieldSpec® 3 ASD مجهز به پروب تماسی، در حالت اندازه‌گیری برهم‌کنشی و در محدوده طول موج ۳۵۰ تا ۲۵۰۰ نانومتر ثبت شد. طیف‌های به‌دست‌آمده با استفاده از روش‌های هموارسازی ساویتزکی–گولای، مشتق اول، مشتق دوم، تصحیح پراکنش چندگانه، میانگین متحرک و تبدیل متغیر نرمال استاندارد پیش‌پردازش شدند. برای هر نمونه، میانگین پنج اندازه‌گیری تکراری محاسبه و در تحلیل‌های بعدی استفاده شد. نتایج نشان داد که طیف‌سنجی Vis–NIR قادر است مقدار فسفر خاک را با دقتی رضایت‌بخش پیش‌بینی کند. مدل حداقل مربعات جزئی همراه با پیش‌پردازش ترکیبی SG + MSC بهترین عملکرد پیش‌بینی را ارائه داد (R²c = 0.94، RMSEC = 13.04، R²p = 0.91، RMSEP = 16.00 و SDR = 3.28). بااین‌حال، سایر ترکیب‌های پیش‌پردازشی نیز قابلیت امیدوارکننده‌ای برای پیش‌بینی فسفر نشان دادند که بیانگر انعطاف‌پذیری مدل PLS در استفاده از تبدیل‌های طیفی مختلف است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Prediction of Soil Available Phosphorus Using Visible–Near-Infrared Spectroscopy

نویسندگان English

Mehrdad Aghaei Sadi 1
Saeid Minaei 1
Bahareh Jamshidi 2
HosseinAli Bahrami 3
saham Mirzaei 4
1 Biosystems Engineering Department, Faculty of Agriculture, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2 Smart Agricultural Research Department, Agricultural Engineering Research Institute, Agricultural Research Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran
3 Department of Soil Science, Faculty of Agriculture, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
4 Institute of Methodologies for Environmental Analysis, Italian National Research Council, 85050 Potenza, Italy
چکیده English

The physical, chemical, and mechanical properties of soil are crucial for implementing appropriate land management strategies. Among these, phosphorus is one of the most essential nutritional elements for plant growth. The study aimed to (i) evaluate the potential of visible–near-infrared (Vis–NIR) spectroscopy for predicting soil available phosphorus and (ii) investigate the effects of different spectral preprocessing techniques on prediction accuracy. A total of 150 samples were collected from tea farms in Lahijan County and from agricultural fields around the Tehran Refinery (Ismailabad) and the refinery south of Tehran (Ray City). Reflectance visible-near infrared (Vis-NIR) spectrometry for measurement and prediction of soil phosphorus content was studied. To this end, spectra of air-dried soil samples were acquired using a FieldSpec® 3 ASD spectroradiometer equipped with a contact probe, operating in interactance measurement mode over the spectral range of 350–2500 nm. The spectra were preprocessed using Savitzky–Golay smoothing, first (D1) and second (D2) derivatives, Multiplicative Scatter Correction (MSC), Moving Average (MA), and Standard Normal Variate (SNV) transformation. The average of five replicate measurements per sample was calculated and used for subsequent analysis. The results demonstrated that Vis–NIR spectroscopy is capable of predicting soil phosphorus content with satisfactory accuracy. The PLS model combined with SG + MSC preprocessing yielded the best predictive performance (R²c = 0.94, RMSEC = 13.04, R²p = 0.91, RMSEP = 16.00, SDR = 3.28). Nevertheless, other preprocessing combinations also showed promising potential for phosphorus prediction, indicating the flexibility of the PLS model with different spectral transformations.

کلیدواژه‌ها English

Partial least-squares regression
Reflectance Spectroscopy
Spectral pre-processing
Validation

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 08 آبان 1405

  • تاریخ دریافت 13 مرداد 1405
  • تاریخ بازنگری 29 شهریور 1405
  • تاریخ پذیرش 08 آبان 1405