一种脉冲氙灯式土壤养分测定仪

　　1 引 言

　　测土配方施肥是根据当前土壤肥力状况、肥料资源、作物栽培特点等，有针对性地测定土壤肥力从而科学地确定化肥适宜施用量，以满足并保证作物产量和品质及环境保护需求的一项平衡施肥技术，目前越来越受到政府和农户的重视。土壤养分测定是测土配方施肥中基础而关键的环节[1]，但常规土化分析中土壤养分测定使用风干土样、浸提过程烦琐、检测周期长而难以满足农业现场服务的快速、便捷、高效的业务需求[2-3]。为了使我国配方施肥技术推广能够直接服务于农田生产，车载式土壤养分检测技术作为一种快速、便捷、高效的土壤养分测定方法受到了广泛关注。然而基于分光光度法进行土壤养分测定的紫外可见分光光度计和原子吸收分光光度计难于适应车载应用。因此，开发适合在车载条件下使用　　的、便携的、高效的紫外可见分光光度计和原子吸收分光光度计是发展车载式土壤养分检测技术的关键。

　　普通的紫外可见分光光度计虽然测量精度较高，但由于体积庞大、单色器难于适应车载震动条件等原因难于在车载条件下直接使用[4]。近年来，随着测土配方施肥的技术推广深入基层和光电技术的迅速发展，对土壤养分测定仪器的小型化、便携式、及直接现场应用的需求日益增加[5-6]。不少研究利用可见近红外光谱技术非接触地测定土壤中的氮磷和有机质含量，该方法虽然能在现场对土壤养分进行快速测定，但需要大量实测数据建立土壤养分含量的估算模型，其测定准确度和通用性较差也限制了其推广应用[7-11，16]。基于滤光片光电比色原理的便携式土壤养分快速测定仪存在滤光片单色性较差的问题，难以达到光栅式分光光度计的测量精度[12-13]。

　　基于电化学传感器的电极法能快速测量土壤养分含量，但由于土壤溶液背景复杂、干扰多，其土壤养分测定的精度也难于满足测量要求[14-15]。本研究基于脉冲氙灯、衍射光栅 C-T 单色器，1 024 像元 PDA 检测器开发了一种便携式土壤养分测定仪以进行土壤速效 N、有效 P、有效S、有效 B 等非金属元素含量的测量，从而提高土壤养分中非金属元素的测定效率，也拟解决在车载条件下的稳定使用问题。

　　2 材料与方法

　　2. 1 仪器组成

　　脉冲氙灯式土壤养分测定仪 ( pulsed-xenon lampspectrophotometer，PXLS) 采用脉冲氙灯作为紫外可见光的光源，脉冲氙灯可发射 200 ～760 nm 的连续光谱; 以衍射光栅 C-T 单色器作为分光器实现同步后分光; 利用 1024 像元的光电二极管阵列( photo diode array) 检测器作为检测器，无需转动光栅即可实现全波段光谱扫描; 信号处理采用基于 ARM Cortex-M3 嵌入式 系 统 的 16 位STM32 单片机; 显示使用 2. 8 寸 320 × 240 真彩触摸屏( 见图 1) 。