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第一章 红外光谱原理及其在土壤学中的应用1

第一节 分子振动与红外光谱1

一、概述1

二、分子结构与吸收光谱2

三、分子振动吸收与红外光谱3

四、基团基频6

五、基团红外吸收的位移及其影响因素8

六、红外吸收谱线形状9

第二节 红外光谱仪及其发展10

一、概述10

二、红外光谱检测原理12

三、红外光谱分析仪器的主要性能指标16

四、红外光谱分析的特点18

第三节 土壤组成基团红外光谱的吸收谱带特征19

一、概述19

二、土壤有机物的吸收特征20

三、土壤无机物的吸收特征25

第四节 红外光谱在土壤学中的应用26

一、概述26

二、红外透射光谱在土壤学中的应用27

三、红外反射光谱在土壤学中的应用28

四、红外光声光谱在土壤学中的应用30

参考文献31

第二章 红外光谱数据处理及Matlab实现36

第一节 Matlab语言简介36

一、概述36

二、Matlab基本功能37

三、Matlab的基本操作39

第二节 红外光谱数据的前处理及Matlab实现45

一、概述45

二、小波分析46

三、光谱数据标准化47

四、光谱微分48

第三节 红外光谱数据的后处理及Matlab实现49

一、概述49

二、化学计量学及模型的构建49

三、光谱分析中的数学原理51

四、模型精度的评价61

第四节 人工神经网络模型及其Matlab实现64

一、概述64

二、人工神经网络的发展64

三、人工神经网络的基本特征65

四、人工神经网络模型66

第五节 红外光谱分析中Matlab常用函数应用简介67

一、概述67

二、统计工具箱67

三、Matlab信号处理工具箱函数72

四、人工神经网络工具箱75

参考文献77

第三章 土壤中红外光声光谱特征79

第一节 土壤中红外光声光谱的测定79

一、概述79

二、光声效应原理79

三、土壤样品的光声效应81

四、光谱测定技术83

五、小结84

第二节 土壤中红外光声光谱的前处理85

一、概述85

二、土壤光谱平滑85

三、土壤光谱数据标准化87

四、土壤光谱微分89

五、土壤光谱主成分分析90

六、土壤光谱独立成分分析（ICA）91

七、小结93

第三节 我国典型农田土壤中红外光声光谱特征94

一、概述94

二、土壤红外光声光谱总体特征94

三、土壤无机物（矿物）红外光声光谱特征98

四、土壤有机物红外光声光谱特征100

五、我国主要农田土壤的红外光声光谱特征102

六、小结113

第四节 基于红外光声光谱的土壤分类与鉴定113

一、概述113

二、土壤光谱奇异点114

三、基于土壤红外光声光谱的主成分分布117

四、基于人工神经网络的土壤鉴定120

五、小结128

第五节 土壤中红外光声光谱的分峰分析128

一、概述128

二、土壤光谱分峰理论与方法129

三、分峰技术在土壤光谱分析中的应用131

四、小结154

参考文献154

第四章 基于红外光声光谱的土壤性质预测157

第一节 土壤红外光声光谱分析的影响因素157

一、概述157

二、土壤红外光声光谱定量分析的影响因素157

三、小结163

第二节 基于FTIR-PAS的我国典型农田土壤养分预测163

一、概述163

二、基于FTIR-PAS的水稻土养分定量模型研究164

三、基于FTIR-PAS的红壤养分定量模型研究171

四、基于FTIR-PAS的黑土养分定量模型研究178

五、小结185

第三节 基于FTIR-PAS的温室土壤盐分特征研究185

一、概述185

二、供试土壤186

三、温室土壤性质的表征187

四、基于FTIR-ATR和FTIR-PAS的硝态氮预测192

五、小结193

第四节 基于红外光声光谱的土壤碳酸钙的测定194

一、概述194

二、供试土壤和光谱测定195

三、黄土不同红外光谱特征196

四、基于红外光声光谱的碳酸钙含量的测定203

五、小结205

第五节 基于FTIR-PAS预测模型的土壤制图205

一、概述205

二、供试土壤与处理方法206

三、基于光谱预测结果的土壤绘图207

四、小结209

第六节 土壤红外光谱信息系统210

一、概述210

二、土壤红外光谱信息系统211

三、小结232

参考文献232

第五章 基于红外光声光谱的土壤微结构表征237

第一节 土壤黏土矿物-有机物复合体237

一、概述237

二、红外光声光谱原理及其特点241

三、小结243

第二节 光谱采集参数优化及谱图预处理方法243

一、概述243

二、材料与方法243

三、结果与分析244

四、小结253

第三节 土壤矿物-黄原糖复合体的FTIR-PAS特征和表面层特征253

一、概述253

二、材料与方法253

三、结果与分析254

四、小结260

第四节 分子质量不同对土壤黏土矿物-葡聚糖复合体FTIR-PAS特征及表面层的影响260

一、概述260

二、材料与方法260

三、结果与分析261

四、小结268

第五节 NPK养分离子对黏土矿物-黄原糖复合体表面层的影响268

一、概述268

二、材料与方法269

三、结果与分析270

四、小结276

第六节 土壤蒙脱石-多糖复合体的近红外光声光谱特征276

一、概述276

二、材料与方法278

三、结果与分析279

四、小结285

参考文献285

附录292

附录1：典型黏土矿物中红外光声光谱图（a．原谱；b．一阶微分谱）292

附录2：典型土壤腐殖物红外光声光谱图（a．原谱；b．一阶微分谱）299

附录3：我国典型农田土壤中红外光声光谱图（a．原谱；b．一阶微分谱）302

附录4：我国典型生态系统土壤中红外光声光谱图（a．原谱；b．一阶微分谱）304

附录5：中国科学院中国生态网络生态站分布图316

后记317