[發明專利]基于電阻抗定量檢測土壤氮素的方法

有效

• 申請號: 202110586732.3
• 申請日: 2021-05-27
• 公開（公告）號: CN113390925B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 李鑫星;董玉紅;張國祥;鄭永軍;嚴海軍
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: G01N27/02
• 分類號: G01N27/02;G06K9/62
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 周志斌

本發明提供一種基于電阻抗定量檢測土壤氮素的方法。該方法包括：對所獲取的土壤進行預處理，以得到不同氮素含量的土壤樣品；檢測和分析多組土壤樣品，得到多組土壤的全氮含量、阻抗指標數據和影響土壤中的氮素含量檢測的主導干擾因素數據；對土壤阻抗指標數據和主導干擾因素數據進行分類；分別建立針對分類后的每類數據的土壤阻抗指標數據、主導干擾因素數據和檢測到的土壤氮素含量數據之間的響應函數；以及基于響應函數，檢測土壤中的氮素含量。

技術領域

本發明涉及土壤成分檢測技術領域，尤其涉及一種基于電阻抗定量檢測土壤氮素的方法。

背景技術

化學肥料可直接提供作物必需的營養元素，滿足作物生長發育需求，其投入量與利用率直接影響著作物產出、生產者收入和土壤環境質量。作物對營養元素的選擇性吸收造成多余土壤養分逐年累積，使土壤營養結構遭到破壞，長此以往，土壤難以實現自我調節，嚴重時甚至可導致其喪失生產能力。因此，基于土壤養分的空間變異性實行變量施肥，實現作物養分的按時按需按量供給，施行精準施肥策略，是實現農業清潔生產和可持續發展的重要舉措。欲實現精準施肥的自動化、智能化發展，土壤養分定量檢測是其重要前提條件，這也成為限制精準施肥發展的最主要瓶頸。

盡管現有技術中多利用電化學、光電分色、光譜等技術等原理研究設計土壤養分測定方案可以實現土壤養分的有效測定，但是總體來說，現有的土壤養分測定技術都或多或少依賴于專業的實驗設備和實驗人員，對實驗環境要求較高，且從測定到反饋給農戶需要一定的時間輾轉，所以難以在實際生產中推廣應用。

發明內容

本發明提供一種基于電阻抗定量檢測土壤氮素的方法，旨在判斷并預測出土壤內含的氮素組分信息，使得農戶基于土壤環境信息能夠對作物生產進行有效管控，滿足了對我國農業現代化和可持續發展的現實需求。

具體地，本發明實施例提供了以下技術方案：

第一方面，本發明的實施例提供一種基于電阻抗定量檢測土壤氮素的方法，所述方法包括：

對所獲取的所述土壤進行預處理，以得到不同氮素含量的土壤樣品；

檢測和分析多組所述土壤樣品，得到多組土壤全氮含量、阻抗指標數據和影響土壤中的氮素含量檢測的主導干擾因素數據；

對所述土壤阻抗指標數據和所述主導干擾因素數據進行分類；

分別建立針對分類后的每類數據的所述土壤阻抗指標數據、所述主導干擾因素數據和檢測到的土壤氮素含量數據之間的響應函數；以及

基于所述響應函數，檢測土壤中的氮素含量。

進一步地，該方法還包括：

所述主導干擾因素數據包括所述土壤含水率和激勵頻率。

進一步地，該方法還包括：

所述對所述土壤阻抗指標數據和所述主導干擾因素數據進行分類，包括：

將檢測得到的所述土壤阻抗指標數據和所述主導干擾因素數據歸一化處理后作為初始輸入數據；

隨機選取初始聚類質心點；

分別計算所述初始輸入數據與所述初始聚類質心點的歐氏距離，并將所述初始輸入數據劃分到與所述初始聚類質點的所述歐氏距離最近的類別。

進一步地，該方法還包括：

計算每個類別的中心；

利用所述歐氏距離定義畸變函數；

在所述畸變函數達到最小值之后或訓練達到迭代閾值之后，得到分類后的k組數據和最終聚類質心點，其中k為小于n的正整數，n為正整數。

進一步地，該方法還包括：