Aufbau einer nationalen Infrarot-Spektrenbibliothek für Bodenproben

Die mittlere Infrarot-Spektroskopie (MIRS) ist eine laborbasierte Analysentechnik, die es erlaubt, mit vergleichsweise geringem Aufwand eine Vielzahl von Bodeneigenschaften abzuleiten. MIRS ist aktuell ein Bindeglied zwischen sehr präzisen konventionellen Laboranalysen und oft weniger präzisen nicht-invasiven Sensoren, die direkt im Gelände Daten erfassen (z.B. EMI, Vis-NIRS). Da MIR-Spektren nur Proxy-Daten für interessierende Bodenparameter liefern, sind Kalibrationen erforderlich, die statistische Beziehungen zwischen den Ergebnissen konventioneller Laboranalysen und MIR-Spektren herstellen (z.B. mittels PLSR). Diese Kalibrationsmodelle haben in aller Regel nur lokale Gültigkeit, was einen breiteren Einsatz von MIRS in der Bodenuntersuchung bislang behindert. Im Rahmen eines Teilprojektes im BonaRes-Verbund „I4S“ ist es unser Ziel, mit dem Aufbau einer deutschlandweiten MIR-Spektrenbibliothek dieses Manko zu minimieren. Das heißt im Wesentlichen, wir sammeln aus verschiedenen Bodenarchiven bereits konventionell analysierte Bodenproben und nehmen deren MIR-Spektren auf. Unsere Hypothese ist, dass eine umfassende Spektrenbibliothek potenziell zwei Dinge ermöglicht: (A) Robuste, multivariate Auswerteverfahren erlauben vor diesem Hintergrund eine auch überregional gültige Modellbildung. (B) Bei neu zu untersuchenden Bodenproben können deren MIR-Spektren genutzt werden, um in der Bibliothek ähnliche Spektren zu suchen, die dann für eine quasi-lokale Kalibration nutzbar sind. Anhand eines Datensatzes von etwa 1000 Bodenproben aus dem LUCAS-Archiv des Joint Research Center der EU in Ispra (Italien) werden wir beispielhaft zeigen, mit welcher Qualität deutschlandweit gültige Kalibrationsmodelle machbar sind