硒(Se)是作物生长发育必需的微量营养元素,土壤有效硒对作物新陈代谢、生长发育、品质提高和产量提升有着不可或缺的作用。土壤有效硒的快速、准确、高效检测是掌握土壤硒含量、配施硒肥、生产富硒农产品的重要依据。迄今,国内外对测量土壤有效硒的相关文献报道较少,且测量方式效率低、成本高,不具备普适性。本文针对土壤有效硒测定方法的问题,以安徽石台富硒土壤为研究对象,以土壤中的有效硒为检测对象,提出了利用非成像高光谱技术来测定土壤有效硒的方法。首先比较了不同的单一预处理方法对构建土壤有效硒预测模型的影响,并对比了两种不同波段下的建模结果,在此基础上选出最佳的预处理方式和最适合建模的光谱波段,最后对比分析两种不同的建模算法对模型预测精度的影响,依据上述研究实现对土壤有效硒的准确检测。本论文主要研究和结论有以下三个方面:(1)研究不同预处理方法对土壤有效硒预测模型构建的影响并择选出最佳预处理方法。不同的预处理方法会在不同程度上影响后续的建模结果,本实验选取常用的SG平滑、一阶导、二阶导、均值中心化、标准正态变换、对数变换、去趋势校正等七种单一预处理方法,对经风干、研磨和过筛后的原始土壤光谱数据进行光谱预处理,并对比预处理方法,根据Ridge和RBF-Ridge模型结合评价标准择选出最佳的预处理方法。结果表明,原始光谱数据在经SG预处理后模型精度均得到了提升,其中Ridge经SG预处理后的模型精度最优,其训练集R、RPD和MAPE分别为0.70、1.81、3.45,测试集R2、RPD和MAPE分别为0.70、1.84、1.24,该模型可用于土壤有效硒的定量估测。(2)研究基于不同波段的土壤光谱对建模精度的影响并确定最佳光谱波段。地物光谱仪测出原始土壤光谱可用波段一般在400-1659nm之间,由于仪器内部结构原因,土壤光谱在900nm左右存在明显的抖动情况,本实验分别对500-900nm、900-1659nm和500-1659nm波段光谱进行分析并对比,确定最适合建模的光谱波段。结果表明,采用 Ridge 和 RBF-Ridge 算法进行建模时,500-900nm、900-1659nm 和 500-1659nm区域波段建立回归模型均可行,Ridge和RBF-Ridge在相同预处理方法下在500-1659nm波段的整体建模结果要优于500-900nm波段,500-900nm波段的整体建模结果要优于 900-1659nm 波段。在 500-900nm、900-1659nm 和 500-1659nm 波段下两种模型的RPD值无明显差异,三种波段相比,Ridge和RBF-Ridge回归基于500-1659nm对原始光谱的建模结果最好。(3)研究不同建模算法对预测精度的影响并优选出最佳预测模型。模型的优劣程度取决于建模算法的选择,本实验利用岭回归(Ridgeregression)和偏最小二乘回归(Partial least squares regression)两种算法进行建模分析并对比,在上述研究基础上选取500-1659nm波段进行分析并剔除异常样本值,采用SNV+SG、DT+SG、SNV+DT、SG+SNV+DT、LG+SNV、LG+DT、LG+SNV+DT、SG+LG+SNV、SG+LG+DT 和 SG+DT等十种组合预处理方法对原始光谱进行处理,并利用Ridge和PLSR分别建模,结果表明,Ridge对于原始光谱的建模效果要优于PLSR,两种建模算法在500-1659nm波段对土壤有效硒实测值与预测值的拟合效果无太大差异,说明利用500-1659nm波段建模能够有效缓解外界因素和人为因素带来的干扰,增加土壤有效硒预测模型的稳定性。(4)设计开发土壤有效硒高光谱检测原型系统。在以上研究基础上开发了基于可视化界面的土壤有效硒高光谱检测原型系统,包括数据导入、理化数据分析、光谱数据预处理和建模分析四大模块,通过设计该系统能更为直观的展示实验结果。依据上述研究基本上实现对土壤有效硒的快速检测,同时为后期土壤有效硒的野外原位检测奠定基础和技术支持。