Bibliothèque spectrale du sol dans le proche infrarouge (NIR) utilisant l'analyseur NIR portable NeoSpectra de Si/Ware

Résumé :

Des informations actualisées sur les propriétés des sols et la capacité de suivre l'évolution de ces propriétés au fil du temps sont essentielles pour améliorer les multiples décisions relatives à la sécurité des sols à différentes échelles, qu'il s'agisse de la modélisation et des politiques du changement climatique mondial, de la planification environnementale et du développement au niveau national ou de la gestion des ressources au niveau des exploitations agricoles et des champs. La spectroscopie infrarouge à réflectance diffuse est devenue un outil de laboratoire indispensable pour l'estimation rapide de nombreuses propriétés du sol afin de soutenir diverses applications de cartographie, de surveillance des sols et d'analyse des sols. Les récents progrès de la technologie matérielle ont permis le développement de capteurs portatifs présentant des spécifications de performance similaires à celles des spectromètres proche/infrarouge (NIR) de laboratoire. Ici, nous avons compilé une bibliothèque spectrale NIR portative (1350/2550 nm) à l'aide de l'analyseur NIR portable NeoSpectra développé par Si/Ware. Chaque scanner est équipé de la technologie Fourier/Transform basée sur la technique de fabrication des systèmes microélectromécaniques à semi-conducteurs (MEMS), qui promet précision et cohérence entre les appareils. Cette bibliothèque comprend 2 106 échantillons de sols minéraux distincts scannés à l'aide de 9 de ces spectromètres NIR portables à faible coût (indiqués par le numéro de série). 2 016 de ces échantillons de sol ont été sélectionnés pour représenter la diversité des sols minéraux trouvés aux États-Unis, et 90 échantillons ont été sélectionnés au Ghana, au Kenya et au Nigeria. 519 échantillons américains ont été sélectionnés et scannés par le Woodwell Climate Research Center. Ces échantillons ont été interrogés auprès des archives des sols de l'USDA NRCS NSSC/KSSL comme présentant un ensemble complet de huit propriétés mesurées (TC, OC, TN, CEC, pH, argile, sable et limon). Ils ont été stratifiés en fonction de l'horizon principal et de l'ordre taxonomique, en omettant les catégories comportant moins de 500 échantillons. Trois pour cent de chaque strate (c'est-à-dire une combinaison de l'horizon principal et de l'ordre taxonomique) ont ensuite été sélectionnés au hasard comme sous-ensemble final extrait des archives physiques des sols de la KSSL sous forme d'échantillons tamisés à 2/mm. Les 1 604 échantillons américains restants ont été interrogés dans les archives des sols NSSC/KSSL de l'USDA par l'Université du Nebraska/Lincoln pour répondre aux critères suivants : profondeur inférieure <= 30 cm, plage de pH de 4,0 à 9,5, carbone organique < 10 %, limites de détection supérieures aux limites de détection inférieures, échantillons physiques réels disponibles dans les archives, échantillons collectés et analysés à partir de 2001, échantillons présentant des analyses complètes pour les propriétés élevées/prioritaires (sable, limon, argile, CE, C, Ca échangeable, Mg échangeable, K échangeable, Na échangeable, CaCO3, OC, TN) et IRM scannés. Tous les échantillons ont été scannés à sec et tamisés à 2 mm. Environ 20 g d'échantillon ont été ajoutés à une nacelle de pesée en plastique où le scanner NeoSpectra était placé pour entrer en contact direct avec la surface du sol. Le scanner a été déplacé doucement sur la surface de l'échantillon pendant que 6 scans répétés ont été effectués. Ces répétitions ont ensuite été moyennées de sorte qu'il y ait un spectre par échantillon et par scanner dans la base de données résultante. Le référentiel contient : Neospectra_database_column_names.csv : décrit les variables (colonnes) des données de site et de sol, ainsi que la gamme de spectres NIR et MIR. NeoSpectra_WoodwellKSSL_AVG et NeoSpectra_WoodwellKSSL_Reps partagent les mêmes colonnes. Le CSV est composé du nom du fichier, du nom de la colonne, du type, de l'exemple et de la description avec l'unité de mesure. Neospectra_project_summary.txt : le résumé du projet avec son objectif, l'origine des échantillons de sol, l'instrumentation et un bref SOP. Neospectra_WoodwellKSSL_avg_MIR.csv : la liste des spectres MIR équivalents des échantillons de néospectres extraite de la base de données KSSL et formatée selon les spécifications OSSL. NeoSpectra_WoodwellKSSL_AVG_Soil+Site+NIR.csv : sol, site et NIR de Neospectra. Chaque ligne contient les spectres moyens pour un scanner et un échantillon de sol donnés (1 spectre par scanner et par échantillon de sol). Les informations sur le sol et le site sont renseignées dans le même échantillon de sol. NeoSpectra_WoodwellKSSL_Reps_Soil+Site+NIR.csv : sol, site et NIR de Neospectra. Chaque rangée contient un spectre répliqué d'un scanner donné (6 répétitions par scanner et par échantillon de sol). Les informations sur le sol et le site sont renseignées dans le même échantillon de sol.