利用激光诱导击穿光谱法优化农田土壤测量流程

摘要： 激光诱导击穿光谱（LIBS）是一种新兴的多元素分析技术，可在极简样品制备和低成本条件下实现土壤特性的快速同步定量检测。然而受土壤异质性影响，光谱变异会降低定量结果的稳健性。本研究采集制备了348份土壤样品用于LIBS光谱采集，通过光谱强度和相对标准偏差（RSD）评估了激发层数与次数对LIBS质量的影响，并采用偏最小二乘回归（PLSR）分析了这些参数及五种归一化方法对土壤有机质（SOM）、全氮（TN）和全盐量（TSC）测定效果的影响。增加激发次数可降低LIBS光谱方差，从而提升目标土壤指标的定量精度；深层激发（第4或5层）虽会减弱土壤光谱强度并降低TSC的定量准确性，但能提高SOM和TN的预测性能。在各类归一化方法中，基于硅谱线校正的DS方法对SOM和TN定量效果最优，而算术平均法（AA）最适用于TSC预测。通过优化激发层、激发次数及光谱归一化流程，最终获得SOM的良好预测效果（验证集残差预测偏差RPDV=1.608）、TN的优良预测效果（RPDV=1.836）以及TSC的极佳定量分析结果（RPDV=2.456）。研究表明LIBS土壤光谱的定量精度具有显著提升潜力。