便携式土壤养分速测仪技术研究

　　1　问题的提出

　　便携式土壤养分速测仪是从农业测土配方施肥的生产实践的需要出发而提出的。长期以来农业测土施肥依赖于常规仪器分析,从田间取回的土样烘干后再拿到实验室进行测定,这种方式存在许多缺点,如测土耗时长、设备投资大、不便携带、操作复杂、所依赖的辅助设备多和测试费用高等,不适合农村田间测土,严重地制约了科学合理施肥在基层农村实施。为此急需研制适合于我国生产实际的土壤养分速测仪。根据速测土壤的需要,便携式速测土壤测试仪应能在线完成对土壤养分、水分^[11]、pH值、温度等多参数的测量,有条件的应内嵌入指导施肥系统,使用户完成测土后直接将数据应用于指导施肥;仪器应采用LCD汉字显示测量步骤,避免LED显示在阳光下看不清楚的缺点;支持微型打印机打印测试结果;支持交流电和电池两种供电方式,适于田间操作。

　　2　便携式土壤速测仪技术状况

　　根据测试方法不同国内外土壤速测仪可划分为五种:1)由比色盒组成的土壤养分速测箱,通过目示比色定性分析土壤养分状况,如AccuGrow公司的速测箱等;2)基于离子选择电极和场效应管设计的电子土壤测试仪,如国内的中国科学院南京土壤所研制的敏感电极土壤养分速测仪、美国S.J. Birrell, J.W. Hummel, T.R Peck and R.G. Hoeft①研制的基于场效应管敏感膜而研制的速测土壤养分测试方法以及Lamotte公司研制开发的电子土壤速测仪等;3)基于分光和滤光的光电比色仪定量精确测试的有河南农大机电技术开发中心的YN系列产品和HACH公司研制的系列产品如DR/800等;4)采用反射计试纸交换法测量土壤养分,如当定性半定量分析结果不能满足测量要求或测量点频繁变化时而采用的Reflectoquant系统,该系统在土壤养分交换到试纸上后几秒钟内可以实现可靠和精确的测量;5)美国SpectrumTechnology公司研制开发的基于光学物理方法测量植株中叶绿素含量间接测量氮的含量,如SPAD 502叶绿素测试仪。许多研究表明,SPAD的测量值与叶子的N的含量有很高的相关性。由于采用先进的光学技术,仪器性能稳定、精确度高和操作简便。

　　基于比色盒的定性土壤分析装置开发最早,河南农业大学早在70年代就已经开发研制成功。LaMotte速测箱使用的药剂是粉剂而非液体,保存期大大延长。这种定性分析一般用于花草、果木、园林和温室大棚。电子土壤养分速测仪中使用的敏感电极极不稳定^[13],若保存不当性能很容易发生变化,采用场效应管敏感膜而研制的速测土壤养分测试仪尽管传感器性能稳定保存期长但目前还处于研发阶段。用于土壤精确测定最通常的方法还是基于光电比色仪的化学分析法,其关键技术是解决便携性和农村测土脱离常规实验室的问题,这也是我们的首选方案。从长期发展的眼光来看,随着测试技术的发展物理测试方法将逐步取代化学分析方法,比如Spectrum公司研制的叶绿素测氮仪就很有发展前景,若与GPS系统相结合前景更加广阔^[12]。