摘要:氮是影響作物生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素,精準(zhǔn)獲取土壤氮含量是實(shí)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(cè)土壤氮含量,,預(yù)測(cè)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(cè)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(cè)模型(Visible-near-infrared reflection spectrum and sparse transformer,VNIRSformer)用于提升預(yù)測(cè)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(cè)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(shí)驗(yàn)測(cè)試VNIRSformer模型在15種不同光譜波長(zhǎng)間隔下的性能,,發(fā)現(xiàn):隨著波長(zhǎng)間隔增加,預(yù)測(cè)精度先升后降,,模型規(guī)模不斷變小,。波長(zhǎng)間隔為1 nm時(shí)模型預(yù)測(cè)精度最低,RMSE為0.47 g/kg,,R2為0.78,。波長(zhǎng)間隔為5 nm時(shí)模型預(yù)測(cè)精度最高,RMSE為0.35 g/kg,,R2為0.89,。當(dāng)波長(zhǎng)間隔從0.5 nm增加至1 nm時(shí),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(zhǎng)間隔設(shè)為5 nm,。與6種不同預(yù)測(cè)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(jī)回歸和K近鄰回歸)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn),,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(cè)試VNIRSformer對(duì)不同等級(jí)的土壤氮含量預(yù)測(cè)能力,,發(fā)現(xiàn):VNIRSformer模型能夠較好預(yù)測(cè)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(zhǎng)間隔為5 nm的光譜數(shù)據(jù)作為VNIRSformer模型輸入,,預(yù)測(cè)性能最佳,,規(guī)模適中;稀疏注意力機(jī)制有助于提升模型預(yù)測(cè)精度,降低模型訓(xùn)練時(shí)間;預(yù)測(cè)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(cè)技術(shù)田間實(shí)際應(yīng)用提供理論支持,。