【摘 要】上个世纪发展最快的一项科学技术就是光谱分析技术，而近红外光谱技术是光谱分析技术的一个重要分支性技术。研究资料表明近红外光谱技术由于具有操作简单、无损伤、效率高、稳定性好等优势，而被广泛应用于木材性质检测、林业育种等林业管理工作中。文章在介绍近红外光谱技术相关的发展历程及国外应用情况的基础上，重点说明了近红外光谱技术在林业中的实际应用，并展望了近红外光谱技术在林业管理应用中的发展前景。
【关键词】近红外谱；林业；应用
近红外光谱的波长范围为780nm～2526nm，波数范围为 cm-1～3959cm-1，其波长介于可见光与中红外线之间。一般有机物在该区的近红外光谱吸收主要是含氢基团的倍频与合频吸收。近红外光谱在进行有机物的探寻方面，有着十分突出的表现，任何有机物的主要构件及组成都能够在近红外光谱中获得相关的信号，因而，近红外光谱分析法被广泛应用。
近红外光谱的英文简称为NIRS。它是上个世纪八十年代后期发展而来的一项测试技术。近红外光谱技术的硬件设备成本不断降低，数据软件的处理方式不断提升，重叠、复杂、变化的近红外光谱中有效信息的提取技术及提取效率不断的提升，在很大程度上增加了光谱的信噪比。由于近红外光谱具有无污染、高效率、速度快、操作简单、成本低、较好的稳定性等特点，因而被广泛应用于各个领域，如近红外光谱技术在木材性质的检测、林业水果产品的检测、种子质量的检测等方面，因而，近红外光谱技术已经成为林业管理工作中的重要辅助性工具。
一、近红外谱技术的发展研究过程
近红外谱技术最早是由Herschel 发现的。其最早的应用可以推算到1939年，但是，之后并没有得到充分的发展和应用，主要是由于当时的计算分析条件受到了极大的约束和限制，分子在近红外光谱区的倍频和合频吸收信号弱，信息量较大，谱带大量交叉重叠，解析较为复杂， 因而，近红外光谱分析技术在实际生活中的推广应用效果不佳。近红外谱技术发展步伐的停滞，一直持续到上个世纪六十年代，当时的美国学者Karl Norris 对于近红外光谱分析技术进行了较为深入的研究，发现物质含量与近红外区内不同波长点的吸收峰呈线性关系；并采用近红外漫反射技术对于农产品中的蛋白质、水分、 脂肪等，进行了相应的测定。计算机技术的发展和应用，进一步推动了近红外谱分析技术的发展，在原有的应用及研究领域基础之上，拓展了近红外谱技术的应用范围，这种扩大化的发展趋势，尤其表现 在上个世纪九十年代，其拓展的应用领域包括了人类生活的方方面面。目前，近红外谱分析技术在国民经济的纺织、林业、农业、医药、宝石鉴定等多个领域都有较为广泛的应用，并且取得了较好的应用效果。
二、国外近红外谱技术的应用现状
关于近红外谱技术的应用，国外相关的研究及应用发展较早，所取得的成果也较为丰富。当前，已经有四十多个国家和地区，对于近红外谱技术进行了相应的分析研究和应用。如日本、美国、加拿大、英国等，在这些国家，无论各行各业，都有大量的及各种类型的近红外光谱分析仪，这些仪器的具体使用范围也各异，有研究专用型的，有具体应用专用型的，有供巡回检测专用型的，当然，还有直接安装在生产线的产品生产过程的质量检测及分析。近年来，农牧产品中的淀粉、纤维素、含油量等营养成分的检测，也都是应用的近红外谱分析技术；另外，近红外谱分析技术还被应用到了农牧产品的质量评价、食品加工过程的质量检测，这些检测方式在一定程度上成为了ICC、AOAC、AACC 的标准方法。
三、近红外谱技术在林业中的应用研究
1、森林凋落物的分解检测中近红外光谱技术的应用分析
在森林中的叶子及凋落物的化学物质成分检定方面，近红外光谱技术是比较合适的选择，它能够快速而有效的完成对森林物种凋落物的化学物质成分的检定工作。其工作原理是：凋落物的化学组成指标是近红外光谱分析技术的指示指标，如木质素与氮的比值，氮含量和C：N的比值等。森林中凋落物的分解速度，往往是森林生态系统物质循环研究的重要参考因素。对于不同物种的凋落物组成成分分解速度的测定，使得近红外光谱技术在凋落物成分分解及鉴定方面拥有广阔的发展前景。
2、近红外光谱技术在林业种子质量检测中的应用
对于林业种子资源进行相关的应用分析，并不断的培育出优质的新品种，就能够保证我国的林业资源得到更为广泛的应用和发展。近红外光谱检测技术能够很好的实现林业种子的快速、无损伤性的检测，从而为我国林业育种工作提供了一个更高效的方法。
Soltani 对于山毛榉树种的检测试验，应用近红外光谱技术。试验结果表明，近红外光谱技术在进行种子鉴定方面，准确率为百分之百，因而，可以说，近红外光谱技术能够准确而又快速的完成种子的鉴定。在进行种子的无损伤鉴定方面，利用近红外光谱技术，能够完成对于温带、热带树种的快速、无损伤性检验任务，例如，利用近红外光谱技术能够准确的将欧洲赤松种子的父本、母本、来源进行区别，区别的准确度分别达到了93℅、70℅和100℅。对于种子活力的鉴定，可以 根据种子中的蛋白质含量及油脂含量进行鉴定；种子的质量好坏及是否感染病虫害，也可以根据种子中的相对含水量；能够完成对种子饱满度、病虫害的感染度的鉴定，这些鉴定数据的准确率都接近100℅。
近红外光谱技术在进行种子的病虫害、饱满度、出苗率的鉴定方面，具有准确率高的特点，因而，可以借助于近红外光谱技术剔除受到病虫害感染、劣质的、不能够出苗的种子，从而为田间种植和批量出口种苗提供较为准确的数据参考。Leon 应用近红外光谱技术对于橄榄种子进行了父母本和收获年限的研究，从而得出了橄榄果实中的油酸、亚油酸、水分、含油量的相关参数，这就说明了近红外光谱技术能够实现不同母本样品物质组成鉴定，成为母本精确分拣的有效手段。
林木护理工作中，最大的难题就是树木病虫害的防治，因而，育种工作中，必须准确的筛选出具有较好抗性的育种材料及种植材料。不同的树种所具有的抗性机理和特性也是不同的，常规的病虫害的鉴定方法周期长、操作流程复杂，而近红外光谱技术通过检定植物中化学成分来快速而准确的完成各项抗性指标的检测任务，进而能够轻松而又精准地筛选出优秀的树种。Rutherford 利用滤光片式近红外仪器对于甘蔗表面的蜡粉进行了扫描分析，从而建立起了甘蔗对于鳞翅目中螟蛾的抗性分析定式。这一定式有助于我国落叶松、马尾松、樟树等树种相应的病虫害抗性分析防治系统。
3、近红外光谱技术在木材性质检测方面的应用
近红外光谱技术可以应用于木材性质的检测。国外对于近红外光谱技术的应用研究较早，也较为深入，近红外光谱技术在木材性质的测定方面，主要包括预测木材的物理力学性质、化学性质、腐朽性质、解剖性质及木材的复合材料性质等。
我国对于近红外谱技术在林业方面的研究及应用也有所发展，并且取得了较好的应用效果。例如，应用近红外光谱技术在木材的水分、密度、微纤丝角等方面的分析。其中，木材的密度与木材的细胞构造及化学组成成分有着十分密切的关系，通过对于木材密度的分析和判断，可以较为科学、合理的估算出木材的工艺性质、木材的重量、木材的物理力学性质等，对于木材有客观而又全面的了解。在树木的全部生命活动周期中，木材的水分起着十分关键性的因素。利用近红外光谱分析技术，必须综合考虑到木材中的水分影响因素。木材的资源利用及林木品质的改革，要求速度快、迅速快捷，而微纤丝角是木材性质的一个重要影响性因素，因而，在进行木材性质测定的过程中，要十分注意对微纤丝角的测定。
对于杉木的三个不同切面，径切面、横切面、弦切面等，进行相关的分析和研究，建立起近红外光谱信息的提取及模型的建立，能够发现在不同的切面密度及预测结果的分析基础上，光谱建立的预测模型效果最好的是木材的横切面所采集到的信息， 从而为木材的遗传改良及加工应用提供一个较好的密度检测方式。
江泽慧应用近红外光谱技术，对于杉木的微纤丝角进行了相应的分析和研究根据不同的木材成分在近红外区所体现出的吸收特性不同，从而在近红外光谱的数据及X 射线的衍射仪所测定的微纤丝角之间建立起了一个相互的关联模型。研究数据显示预测模型的相关系数与校正模型的相关系数分别为0.816和0.867，二者之间存在着很好的关联性，因而，近红外光谱分析检测技术能够很好的完成对于木材微纤丝角的快速预测及测定。这项研究证明，在进行木材的遗传改良及加工应用方面，可以应用近红外光谱分析检测技术对于木材的微纤丝角进行相关的测定。江泽慧所采用的近红外光谱分析技术对于木材的水分含量的检测，预测标准差及校正标准差分别为0.043、0.041。实验数据显示，不同的含水率标准下，利用近红外光谱技术进行木材的气干密度的测定，能够实现木材气干密度的快速分析和预测，从而充分发挥近红外光谱技术准确、快速的特点。
四、林业中近红外谱技术的应用展望
国内外对于近红外光谱技术的研究实验表明，较之于常规的检测方式，近红外光谱技术表现出更多的优越性。近红外光谱技术能够很好的完成对于木材性质、水果坚实度、品质育种、 种子资源的检测，并且具有高效、准确的特点。但是，不同的检测对象，所要遵循的检测指标及分析内容也是不尽相同的，因而，必须依据不同的检测对象，分别进行相应的检测， 根据不同品种，采取不同的波长，因而，要加强对于不同树种品种及变种的分析与研究，以更好的利用近红外光谱技术，完成树种的储存及包装工程。在未来的林业管理工作中，可以进一步加强近红外光谱技术的研究和应用，应用近红外光谱技术做好森林的病虫害防治、进口树种的遗传资源检验等，以进一步拓展近红外光谱技术的应用范围和领域。
结语
总之，国外大量研究实验表明，近红外漫反射光谱检测技术与常规的检测方法相比，具有较多的优越性。近红外光谱技术在林业管理中，能够迅速而又准确的完成木材性质检测、病虫害树种的检测及防治、林业种子质量检测、森林凋落物的分解检测等工作，具有操作简单、迅速而又高效的特点，因而，在我国未来的林业管理工作中，有着较为广泛的发展和应用前途。另外，近红外漫反射光谱检测技术所建立的定标软件具有专一性的特点，必须依据不同的样品，不同的分析内容，分别定标，才能够真正的发挥近红外光谱技术的优越性。
参考文献
[1]王立琦，朱秀超，张礼勇. 基于小波分析的近红外光谱数据预处理[J]. 哈尔滨商业大学学报（自然科学版）. 2009（06）
[2]刘珂，刘保国，张运森. 近红外光谱分析技术及应用研究[J]. 河南工业大学学报（自然科学版）. 2009（01）
[3]李旭东，张根明. 近红外光谱分析技术的发展与应用研究[J]. 重庆科技学院学报（自然科学版）. 2008（02）
[4]龚玉梅.近红外光谱检测技术及其在林业中的应用[J].光谱学与光谱分析.2008（07）.
[5]王多加；周向阳；金同铭 近红外光谱检测技术在农业和食品分析上的应用 [J].光谱学与光谱分2004（04）.
[6]张莉.周金池 近红外光谱检测技术及其在木材工业中的应用[J].林业机械与木工设备2010（9）.
作者简介：
姓名：张厦 年龄：28 性别：男 民族：汉族 学历：大学本科 职称：助理工程师 职务：科员 工作单位：辽宁省林业厅 青山保护局
Name： Zhang Sha Age： 28 Gender： Male Nationality： Chinese Qualification： Undergraduate
Title： Assistant Engineer Position： Staff Work Unit： Liaoning Provincial Forestry Department Aoyama Protection Agency
查看全文
false