基于光谱技术的土壤参数分析研究进展研究.pdf

基于光谱技术的土壤参数分析研究进展 潘娈李民赞郑立华孙建英唐宁 (现代精细农业系统集成研究教育部重点试验室，中国农业大学。北京100083) 摘要基于光谱原理对华北潮土土样进行了分析，得到的光谱测定结果与实验室化学法 测得的土壤水分及养分含量有很高的相关性。在光谱分析的基础上设计开发了土壤参数测定仪。 测定仪由光学部分和电路部分组成。光学部分包括光源、传导光纤、检测室、样品盒、滤光片 以及光电传感器等元器件，用于把光源的光导入土样表面，然后收集反射光并将其滤光后转换 为电信号；电路部分包括放大电路、AD转换电路、液晶显示电路和U盘存储电路。试验结果表 明该仪器系统性能可靠，具有良好的测量精度。 关键词 光谱分析；土壤参教l土壤有机质；土壤参敷检测仪 土壤信息化是精细农业精确施肥、精确管理的前提。因此，研究农田原始土样的光谱特 性继而设计出一种能够对农田土壤参数进行实时检测的仪器有非常重要的意义【1．2]。基于光 谱的分析技术是一种间接分析技术，是通过定标模型的建立实现对未知样本的定性或定量分 析。其主要优点是不需要样品制备工序，因此分析简便而快速(15—90s)，并且可实现在线 (013一line)或实时(real 供技术支持。 1北方潮土的光谱分析 利用傅里叶变换近红外光谱仪对采集的原始潮土土样测量得到吸收光谱数据，然后利用 相关分析及回归分析建立了土壤水分、全氮、全磷、全钾和有机质含量的预测模型。 1．1材料与方法 1．1．1采样与制样 土样采集于中国农业大学资环学院的一块试验麦田，为了使土样之间有明显的差异，具 有一定的代表性，分别在不同的小区内及不同的深度进行采样，一共采集了150个土样。由 于本研究还想反映土壤的实时特性，因此对样品不做任何预处理，采集的土样要带回实验室 进行可见一近红外光谱测量，所以采用双层密封塑料袋外加牛皮纸大信封封装。 1．1．2实验室化学分析 水分采用105。C烘干法测定；土壤有机质(SOM)采用重铬酸钾容量法(即外加热法)测定； 土壤全氮(TN)采用半微量开氏法测定；土壤全磷采用氢氧化钠熔融一钼锑抗比色法测定； 土壤全钾采用氢氧化钠熔解，火焰光度法测定。 作者简介：潘娈，女，1983年出生，硕士研究生。研究方向为精细农业智能信息系统集成技术．主要从事基于光潜 li蛆@叫I．edu．吼。 通讯联系人：李民赞，F-．-melh 387 1．1．3仪器 近红外光谱仪是美国Thermo 光谱仪配有光导纤维探头，可以直接将探头插人土中进行测量，其测量范围为120C0— 1．2结果与分析 1．2．1土壤参数的实验室测定值和光谱测定结果 土壤参数测定结果见表1。水分值的变化较大，具有较大的方差，便于建立预测模型； 而SOM和TN的含量基本上都在均值附近．标准差也较小，这会给建模带来一定的困难；而 全磷和全钾虽然有较大的标准差，但是大部分的点 也是集中在均值附近，可能有一些奇异点存在．因 此在分析时应该先剔除这些奇异点。图1给出了光 谱测定结果的例子。 裹l土壤五种参数实验室测定结果 参 数 样品数／份 含量 均值 标准差 150 13．863 水分值／％ 6．90l一18．552 2，471 全氮／％ 150 0．12—1．醴 1．060 0412 图1有机质和总氮含量基本相同但水分