有(you)機(ji)蔬菜(cai)(cai)，是(shi)指在(zai)蔬菜(cai)(cai)生(sheng)(sheng)產過程中(zhong)嚴格按照有(you)機(ji)生(sheng)(sheng)產規程，禁止(zhi)使用任何(he)化(hua)(hua)學(xue)合成的農(nong)(nong)藥、化(hua)(hua)肥、生(sheng)(sheng)長調(diao)(diao)節(jie)劑(ji)等化(hua)(hua)學(xue)物(wu)質，以(yi)及(ji)基因(yin)工程生(sheng)(sheng)物(wu)及(ji)其(qi)產物(wu)，而是(shi)遵循自然規律和生(sheng)(sheng)態學(xue)原理，采取(qu)一系(xi)(xi)列可持(chi)續發展的農(nong)(nong)業技術，協調(diao)(diao)種植(zhi)平衡，維持(chi)農(nong)(nong)業生(sheng)(sheng)態系(xi)(xi)統持(chi)續穩定(ding)，且經過有(you)機(ji)食品(pin)認證機(ji)構(gou)鑒定(ding)認證，并頒發有(you)機(ji)食品(pin)證書的蔬菜(cai)(cai)產品(pin)。

關于如(ru)何快速鑒別(bie)有(you)機(ji)蔬菜(cai)與非有(you)機(ji)蔬菜(cai)，光譜(pu)儀器的(de)應用提供了新(xin)的(de)思(si)路。一起來(lai)了解一下今日推薦的(de)文章。

使用 VIS-NIR 光譜儀通過特征波長和線性判別分析法快速區分有機和非有機葉菜

（空心菜、莧菜、生菜和小白菜）

當前有(you)機葉(xie)類(lei)蔬菜面臨著可能被(bei)非有(you)機產品替代(dai)以及(ji)容易脫(tuo)水(shui)和變質的挑戰。為了解決這些問題，本研(yan)究采用ASD FieldSpec 4 便攜式地物(wu)光譜儀(yi) 結合線性判別分析 (LDA) 來快速區分有機和非有機葉菜。有機類包括有機空心菜 (Ipomoea Aquatica Forsskal)、莧菜 (Amaranthus tricolor L.)、生菜 (Lactuca sativa var. ramosa Hort.) 和小白菜 (Brassica rapa var. chinensis (Linnaeus) Kitamura)，而非有機類別由四種對應的非有機類別組成。分別對這些蔬菜的葉子和莖的反射光譜進行二元分類。鑒于 VIS-NIR 光譜范圍廣泛，使用穩定性選擇 (SS)、隨機森林 (RF) 和方差分析 (ANOVA) 來評估遺傳算法 (GA) 選擇的波長的重要性。根據GA選擇的波長及其SS評估值和位置，葉片光譜分類的顯著波段為550-910 nm和1380-1500 nm，而莖光譜分類的顯著波段為750-900 nm和1700-1820 nm。在LDA分類中使用這些選定的波段，分類精度達到了95%以上。

本研究所選取的(de)葉(xie)類蔬(shu)菜用蒸餾(liu)水(shui)進(jin)行了嚴格的(de)清洗(xi)，以有效消除其表面雜質，并在(zai)(zai)(zai)開始(shi)光譜測(ce)量之前(qian)進(jin)行了干燥處理。為了防止蔬(shu)菜變質，在(zai)(zai)(zai)不參與實(shi)驗(yan)時，將(jiang)其儲(chu)存在(zai)(zai)(zai)溫度(du)為 4°C 的(de)冷藏裝置中。葉(xie)片和(he)莖(jing)類樣(yang)品的(de)反射光譜在(zai)(zai)(zai)實(shi)驗(yan)室中通(tong)過ASD系(xi)統直接測(ce)量，沒有使用化學試劑和(he)其他預處理。

ASD地物(wu)光(guang)譜儀系統實驗平臺

對(dui)于本研(yan)究，僅使用了400 nm到2500 nm之間的反(fan)射值(zhi)。針對(dui)四種不(bu)(bu)同類別的葉(xie)菜，包(bao)括有機和(he)非有機品種，共(gong)獲(huo)取了100個反(fan)射光(guang)譜(pu)。這些(xie)反(fan)射光(guang)譜(pu)是從不(bu)(bu)同樣品的不(bu)(bu)同位置獲(huo)取。每個單(dan)獨的光(guang)譜(pu)是通過對(dui)相應樣品的五次掃描數(shu)據(ju)進行平(ping)均得到的。

四種葉(xie)菜的可(ke)見光和(he)近紅(hong)外(wai)反射光譜；綠色曲(qu)線(xian)（有(you)機(ji)(ji)）；紅(hong)色曲(qu)線(xian)（非有(you)機(ji)(ji)）

葉類蔬菜的(de)(de)葉和(he)莖的(de)(de)可見(jian)光和(he)近紅(hong)外反射光譜(pu)

根據遺(yi)傳算法選(xuan)擇的(de)波(bo)長（所有(you)點）得(de)出的(de)所選(xuan)波(bo)段(duan)，以及通過穩定性選(xuan)擇方法評估的(de)前 10 個(ge)顯著(zhu)波(bo)長（紅點）的(de)位置

(a) 葉(xie)片光譜（550–910 nm和1380–1500 nm）

(b) 莖光譜（750–900 nm和1700–1820 nm）

【結論】

本研(yan)究結(jie)合(he)了(le)(le)(le)可見光(guang)和(he)(he)近紅(hong)外光(guang)譜學、波(bo)(bo)長(chang)(chang)(chang)選擇方(fang)法以及(ji)線性判別分(fen)(fen)析(xi)，成功地實(shi)現(xian)(xian)了(le)(le)(le)對(dui)(dui)有(you)機(ji)葉菜和(he)(he)非有(you)機(ji)對(dui)(dui)應物的(de)(de)(de)(de)(de)(de)快(kuai)速區(qu)分(fen)(fen)。通(tong)過分(fen)(fen)析(xi)遺傳算(suan)法選取的(de)(de)(de)(de)(de)(de)波(bo)(bo)長(chang)(chang)(chang)分(fen)(fen)布和(he)(he)最顯(xian)著波(bo)(bo)長(chang)(chang)(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)(fen)布，我(wo)們(men)(men)明確確定(ding)了(le)(le)(le)適用于(yu)葉片和(he)(he)莖(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)關鍵光(guang)譜帶(dai)，這(zhe)(zhe)些(xie)帶(dai)包(bao)括了(le)(le)(le)550–910 nm和(he)(he)1380–1500 nm以及(ji)750–900 nm和(he)(he)1700–1820 nm的(de)(de)(de)(de)(de)(de)范圍。利用這(zhe)(zhe)些(xie)光(guang)譜帶(dai)進行(xing)分(fen)(fen)類(lei)，我(wo)們(men)(men)取得了(le)(le)(le)98.3%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)高準確度。研(yan)究還(huan)揭示了(le)(le)(le)特定(ding)波(bo)(bo)長(chang)(chang)(chang)對(dui)(dui)葉片和(he)(he)莖(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)譜分(fen)(fen)類(lei)有(you)著顯(xian)著影(ying)響，例如在700 nm、820 nm和(he)(he)1400 nm附近的(de)(de)(de)(de)(de)(de)波(bo)(bo)長(chang)(chang)(chang)對(dui)(dui)葉片分(fen)(fen)類(lei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響顯(xian)著，而(er)在800 nm、1780 nm和(he)(he)2400 nm附近的(de)(de)(de)(de)(de)(de)波(bo)(bo)長(chang)(chang)(chang)對(dui)(dui)莖(jing)分(fen)(fen)類(lei)起到了(le)(le)(le)重(zhong)要(yao)作用。此外，我(wo)們(men)(men)發現(xian)(xian)穩定(ding)選擇方(fang)法在評(ping)估(gu)波(bo)(bo)長(chang)(chang)(chang)重(zhong)要(yao)性和(he)(he)分(fen)(fen)類(lei)結(jie)果方(fang)面(mian)表現(xian)(xian)優異。這(zhe)(zhe)項研(yan)究提供了(le)(le)(le)一種經濟、快(kuai)速、無損傷的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)法來(lai)識別有(you)機(ji)葉菜，未來(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究可以進一步改進分(fen)(fen)類(lei)模(mo)型，并將該技(ji)術擴展到其他(ta)有(you)機(ji)葉菜的(de)(de)(de)(de)(de)(de)識別中，從而(er)為農(nong)產品質量和(he)(he)認(ren)證領域的(de)(de)(de)(de)(de)(de)發展提供了(le)(le)(le)重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)參考(kao)。

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