摘要:氮是影響作物生長的關(guān)鍵因素,精準獲取土壤氮含量是實施各類農(nóng)田水肥管理技術(shù)的基礎(chǔ),。利用可見-近紅外光譜技術(shù)可以快速檢測土壤氮含量,,預(yù)測模型精度和泛化能力是制約將光譜技術(shù)應(yīng)用于土壤氮含量檢測的瓶頸。為此,,提出了一種基于稀疏自注意力和可見-近紅外光譜的土壤氮含量預(yù)測模型(Visible-near-infrared reflection spectrum and sparse transformer,,VNIRSformer)用于提升預(yù)測精度和泛化能力。模型由輸入層,、嵌入層,、編碼器、解碼器,、預(yù)測層和輸出層組成,。采用大型公開數(shù)據(jù)集(Land use/cover area frame statistical survey,LUCAS)訓(xùn)練模型以提升模型泛化能力,。實驗測試VNIRSformer模型在15種不同光譜波長間隔下的性能,,發(fā)現(xiàn):隨著波長間隔增加,預(yù)測精度先升后降,,模型規(guī)模不斷變小,。波長間隔為1 nm時模型預(yù)測精度最低,RMSE為0.47 g/kg,,R2為0.78,。波長間隔為5 nm時模型預(yù)測精度最高,RMSE為0.35 g/kg,,R2為0.89,。當(dāng)波長間隔從0.5 nm增加至1 nm時,模型規(guī)模下降最快,,下降比例約為72%,。當(dāng)增加至5 nm后,,模型規(guī)模勻速下降,下降比例約為5%,。綜合考慮模型規(guī)模及性能,,最佳波長間隔設(shè)為5 nm。與6種不同預(yù)測模型(2種卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),、傳統(tǒng)自注意力模型,、偏最小二乘回歸、支持向量機回歸和K近鄰回歸)進行對比實驗,,發(fā)現(xiàn):VNIRSformer模型性能最佳,,RMSE為0.35 g/kg,R2為0.89,,RPD為2.95,。測試VNIRSformer對不同等級的土壤氮含量預(yù)測能力,發(fā)現(xiàn):VNIRSformer模型能夠較好預(yù)測小于5 g/kg的土壤氮含量,。將VNIRSformer模型直接應(yīng)用于自采數(shù)據(jù)集,,發(fā)現(xiàn):R2下降約0.17,表明模型具有一定泛化能力,。研究表明,,選取波長間隔為5 nm的光譜數(shù)據(jù)作為VNIRSformer模型輸入,預(yù)測性能最佳,,規(guī)模適中;稀疏注意力機制有助于提升模型預(yù)測精度,,降低模型訓(xùn)練時間;預(yù)測模型具有一定泛化能力。研究結(jié)果可為基于可見-近紅外光譜的土壤氮含量預(yù)測技術(shù)田間實際應(yīng)用提供理論支持,。