[發明專利]一種利用近紅外光譜探究檢測土壤氮素的土壤最佳含水率的方法

在審

• 申請號: 201810738489.0
• 申請日: 2018-07-06
• 公開（公告）號: CN108982407A
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發明（設計）人: 何勇;肖舒裴;董濤;聶鵬程;瞿芳芳
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N21/359
• 分類號: G01N21/359
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發明公開了一種利用近紅外光譜探究檢測土壤氮素的土壤最佳含水率的方法，包括：將土壤樣本混合不同梯度的氮濃度溶液后，壓成薄片并分割成方塊，另取一份等量土壤樣本與蒸餾水混合后攪拌均勻，壓成相同大小的薄片，并稱重記錄；設定烘干時間，每個烘干時間結束后稱重記錄土壤薄片的重量；利用近紅外光譜采集每個烘干時間結束后土壤樣品塊的光譜信息；建立光譜數據與土壤氮素含量的預測模型，根據建模效果確定利用近紅外光譜檢測土壤氮素的土壤最佳含水率。本發明既節約時間成本，又能達到土壤氮素檢測較高預測精度的土壤最佳含水率，更貼近在實際環境中實時、在線檢測土壤氮素含量的需求。

技術領域

本發明涉及土壤成分檢測技術領域，具體涉及一種利用近紅外光譜探究檢測土壤氮素的土壤最佳含水率的方法。

背景技術

土壤是大部分作物供應養分來源的基質，是重要的物質與能量交換場所。氮元素含量是衡量土壤肥力的重要指標，土壤的氮素水平直接影響作物的生長發育情況。因此，快速、準確地獲取土壤中的氮元素含量對了解土壤養分信息、實時調控施肥量都具有重要的指導意義。傳統上利用化學手段如杜馬斯燃燒法檢測土壤中氮元素含量的方法檢測結果較為精確，但整個檢測過程復雜，檢測時間長并且普遍需要破壞樣本，經濟效益低。利用近紅外傳感器檢測土壤總氮含量以其無損、快速、便攜的優勢受到廣泛重視，滿足精準農業快速、準確和實時的要求。

利用近紅外光譜技術能夠快速檢測土壤中的氮元素含量，檢測過程快速、準確、無污染。近年來，國內外研究學者的研究表明利用近紅外光譜技術檢測土壤氮含量的準確性很大程度上仍受到土壤含水率的影響。曾靜等人利用MPA傅里葉近紅外傳感器對不同含水量的紫色土壤進行近紅外光譜采集，表明在同一有機質含量水平下，含水量增加，土壤吸光度呈非線性上升趨勢，且在較高水分條件下，模型預測精度低。Liu等人比較了4種光譜轉移策略的性能以降低土壤水分對總氮預測的影響，表明正交信號校正和廣義最小二乘加權這兩種光譜轉移策略能夠更好地消除土壤水分的影響。Annia Garcia等人研究發現，土壤粒徑及含水量的大小對土壤光譜特性影響較大。而當土壤含水量較大時，會影響近紅外光譜預測土壤全氮含量的精度。Kuang等人為了探究土壤含水率對檢測有機碳和總氮的影響，對土壤進行實時、自然狀態和烘干24小時3種方案下的監測，結果表明實時檢測土壤氮素的效果最差，自然狀態下的檢測效果次之，經過烘干的檢測效果最好。

盡管一些研究學者已經提出在土壤含水率較高時土壤氮含量的預測模型效果較差，大多數研究局限于水分對近紅外光譜的影響，并且在特定水分下建立的預測模型難以滿足不同含水率下的預測需求。因此，探究一個既節約時間成本，又能達到較高預測精度的土壤最佳含水率，更貼近在實際環境中實時、在線檢測土壤氮素含量的需求，對應用近紅外光譜分析技術精確實現土壤氮素等養分的快速檢測以研發快速檢測裝置具有重大的價值。

發明內容

本發明提供了一種利用近紅外光譜探究檢測土壤氮素的土壤最佳含水率的方法，提高土壤氮素檢測的精度。

一種利用近紅外光譜檢測土壤氮素的土壤最佳含水率，包括：

步驟1，制備土壤樣品，方法如下：

步驟1-1、取若干份土壤樣本與不同氮濃度梯度的尿素水溶液溶液混合均勻，壓成均勻薄片并切分成塊；

步驟1-2、另取一份等量土壤樣本與蒸餾水混合后攪拌均勻，壓成相同大小的薄片，并稱重記錄；

步驟2，設定烘干參數，將烘干時間設定為1小時，2小時，3小時，4小時，5小時，6小時，7小時，8小時和24小時，烘箱溫度為80℃，每個烘干時間結束后稱重記錄步驟1-2中的土壤薄片的重量；

步驟3，根據烘干前和每個烘干時間后土壤薄片的重量，計算每個烘干時間下對應的土壤含水率；

步驟4，每個烘干時間結束后取出各氮濃度下的若干塊，利用近紅外光譜采集樣品塊的光譜信息；