導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫好一篇土壤檢測(cè)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關(guān)鍵詞：檢測(cè)；土壤；種苗場(chǎng)

中圖分類號(hào)：S151.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16749944（2014）02020302

1引言

烏魯木齊市種苗場(chǎng)于1960年建場(chǎng)，占地面積3434畝，年均育苗量可達(dá)50萬(wàn)株，年均出圃綠化苗木30萬(wàn)株，為烏魯木齊及全疆各城市綠化美化做出了積極的貢獻(xiàn)。長(zhǎng)期以來，種苗場(chǎng)的苗木生產(chǎn)均采用城市生活污水澆灌，從不施肥。此次檢測(cè)的目的是為了了解土壤的養(yǎng)分含量和重金屬污染情況。

2土壤采樣

2.1林地土壤采樣

種苗場(chǎng)共36個(gè)條田，每個(gè)條田長(zhǎng)300m，寬200m，大約100畝。每個(gè)條田用蛇形取樣法隨機(jī)選取樣點(diǎn)20個(gè)，在確定的采樣點(diǎn)上，先用小土鏟去掉表層3cm左右的土壤，然后傾斜向下取一片片的土壤，取土深度為30cm，將各采樣點(diǎn)土壤集中在一起混合均勻。36個(gè)條田土壤采集完成后混合樣品。

2.2菜地土壤采樣

2009年種苗場(chǎng)將405條田中的10畝地作為職工蔬菜種植基地，采用井水澆灌，每年施有機(jī)肥一次。菜地也采用蛇形取樣法，選取樣點(diǎn)10個(gè)，取土深度為30cm，混合樣品。

2.3灌溉支渠采樣

種苗場(chǎng)的污水灌溉模式分為干渠、支渠、斗渠。干渠、支渠采用混凝土預(yù)制板防滲，斗渠渠底采集土壤。種苗場(chǎng)36條斗渠每條選取樣點(diǎn)3個(gè)，樣點(diǎn)間距離60m，取土深度30cm，混合樣品。該樣品因常年受水沖蝕，呈沙粒狀。

3土壤測(cè)定

3.1土樣的制備

將全部樣品倒在塑料薄膜上或瓷盤內(nèi)進(jìn)行風(fēng)干，當(dāng)達(dá)半干狀態(tài)時(shí)把土塊壓碎，除去石塊、殘根等雜物后鋪成薄層，經(jīng)常翻動(dòng)，在陰涼處使其慢慢風(fēng)干。

取風(fēng)干樣品100～200g，放在木板上用圓木棍輾碎，經(jīng)反復(fù)處理使土樣全部通過2mm孔徑的篩子，將土樣混均儲(chǔ)于廣口瓶?jī)?nèi)。全氮項(xiàng)目，取一部分已過2mm篩的土，用瑪瑙或有機(jī)玻璃研缽繼續(xù)研細(xì)，使其全部通過60號(hào)篩（0.25mm）。用原子吸收光度法測(cè)Cd、Cu等重金屬時(shí)，土樣必須全部通過100號(hào)篩（尼龍篩）。研磨過篩后的樣品混勻、裝瓶、貼標(biāo)簽、編號(hào)、儲(chǔ)存。

3.2土壤測(cè)定方法

種苗場(chǎng)土壤采用的測(cè)定方法見表1。

參考文獻(xiàn)：

[1] 黃益宗.鎘與磷、鋅、鐵、鈣等元素的交互作用及其生態(tài)學(xué)效應(yīng)[J]. 生態(tài)學(xué)雜志，2004，23（2）：92～97.

[2]肖智，劉志偉，畢華.土壤重金屬污染研究述評(píng)[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（33）：18812～18815.

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關(guān)鍵詞：土壤；樣品采集；樣品處理；檢測(cè)方法

中圖分類號(hào) S151.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2016）12-0072-02

Collection and Detection Methods of Soil Samples

Liu Yang

（Central Station of Environment Monitoring，Xinjiang Production and Construction Corps，Urumqi 830011，China）

Abstract：Soil composition is very complex，its formation and evolution influenced by parent material，climate，biology，topography，time and other factors. It is necessary to measure the soil index，because human health and social development has been hindered by large area of soil pollution with the rapid development of social economy. Sampling and testing of different pollution in soil need different methods. In order to provide alternative methods for determination of samples under different experimental conditions，the paper introduced the process of soil sample collection and the way of soil treatment，focusing on the determination of organic matter，heavy metals and pesticides in soil ，and the advantages and disadvantages of each method were compared and analyzed in the paper.

Key words：Soil；Sample collection；Sample processing；Detection method

隨著城市化、工業(yè)化的快速發(fā)展，一方面建設(shè)用地面積的需求越來越大，另一方面土壤污染也越來越嚴(yán)重[1]。土壤是所有生物賴以生存的基礎(chǔ)資源，是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的根本，土壤一旦污染，直接導(dǎo)致農(nóng)作物的減產(chǎn)，食物鏈中的動(dòng)植物受到影響，尤其是人類的生命健康受到威脅[2]?；谏鲜銮闆r所以需要環(huán)境監(jiān)測(cè)部門對(duì)土樣進(jìn)行采集并進(jìn)行檢測(cè)。

養(yǎng)分、水分、空氣、不同分解程度的有機(jī)質(zhì)和不同大小的礦物顆粒等物質(zhì)構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜多相的物質(zhì)系統(tǒng)-土壤，其組成物質(zhì)相互作用、相互影響。分析土壤樣品對(duì)土壤的理化性質(zhì)、肥力都有著重大意義，為了更好地分析土壤成分基本質(zhì)量和性質(zhì)，土壤樣品的采集和檢測(cè)工作尤為重要。

1 土壤樣品的采集與處理

1.1 土壤樣品的采集 土壤樣品的采集是土壤研究分析的關(guān)鍵，采集具有代表性的樣品，是反映客觀條件、測(cè)土配方施肥的先決條件。因研究目的不同樣品的采集方式也不同，研究測(cè)定內(nèi)容包括大量和微量養(yǎng)分狀況、有機(jī)質(zhì)、pH以及一些土壤物理性質(zhì)等。土樣采集包括采樣前的準(zhǔn)備工作、現(xiàn)場(chǎng)勘查點(diǎn)位選取工作、樣品采集工作及樣品的運(yùn)送、制備與保存工作。

1.1.1 采樣前準(zhǔn)備工作 因?yàn)橥寥涝跁r(shí)間和空間上存在差異，為保證代表性土樣的采取，應(yīng)該制定一個(gè)可行的計(jì)劃。第一組成一支采樣專業(yè)隊(duì)伍，將采樣過程中的具體任務(wù)進(jìn)行人頭上的分配，責(zé)任到人，保證采樣過程的質(zhì)量控制；第二經(jīng)過采樣前的調(diào)研工作后，確定好所需采集土樣的總數(shù)，把采樣點(diǎn)的方案細(xì)化，點(diǎn)位的布控做到均勻分布避免出現(xiàn)點(diǎn)位過于集中情況；第三在采樣出發(fā)前，準(zhǔn)備好所需的物資，然后組織采樣隊(duì)員對(duì)其進(jìn)行培訓(xùn)，使其熟悉相關(guān)的采樣程序，并掌握采樣技術(shù)。

1.1.2 現(xiàn)場(chǎng)勘查及點(diǎn)位選取工作 到達(dá)采樣區(qū)，根據(jù)采樣點(diǎn)的位置，將隊(duì)伍分成小組，每個(gè)小組負(fù)責(zé)自己的區(qū)域，選擇最優(yōu)的采樣路線，合理安排每天的采樣點(diǎn)數(shù)。如果點(diǎn)位不符合采樣要求需做調(diào)整，盡量在代表區(qū)域做微調(diào)，如果能夠微調(diào)盡量微調(diào)，不能微調(diào)則需要取消原涉點(diǎn)位，調(diào)整到農(nóng)產(chǎn)品地區(qū)并做上相應(yīng)的記錄，換點(diǎn)過程中采樣點(diǎn)嚴(yán)禁避讓污染區(qū)

1.1.3 樣品采集工作 利用GPS確定布設(shè)點(diǎn)的具置，根據(jù)已經(jīng)確定的采樣方法，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，進(jìn)行土樣的采取。將采集好的土樣放入取樣袋，并在袋上寫明樣品名稱、采樣時(shí)間、采樣地點(diǎn)、采樣深度、采樣方法及采樣員姓名，并用相機(jī)拍攝采樣區(qū)現(xiàn)狀。樣品采集結(jié)束后，應(yīng)核對(duì)樣品名稱、采樣地點(diǎn)、采樣工具等資料，確認(rèn)無(wú)誤可撤離采樣區(qū)。

1.1.4 樣品的運(yùn)送、制備與保存工作 土樣應(yīng)按相應(yīng)的順序放置、封裝，運(yùn)送到指定的地點(diǎn)。

1.2 土壤樣品的處理 土壤樣品的處理一般包括三步：干燥、研磨、篩分。

1.2.1 干燥 因采集后的土樣大多是含有水分的，所以需要將采回的土樣進(jìn)行干燥處理，需注意避免暴曬以受到其他因素影響，可選擇室內(nèi)自然風(fēng)干或者烘箱烘干。

1.2.2 研磨、篩分 晾曬后選取合適的機(jī)會(huì)對(duì)土樣進(jìn)行研磨、篩分，剔除雜體及不符合的顆粒，該過程中注意樣品和序號(hào)一一對(duì)應(yīng)。樣品制備完畢后，將其按編碼有序擺放，并建立電子檔案。

2 土壤樣品的檢測(cè)

2.1 有機(jī)質(zhì)的測(cè)定 土壤有機(jī)質(zhì)是指存在于土壤中所有含碳有機(jī)物，它包括各種動(dòng)植物殘?bào)w、微生物及其會(huì)分解合成的各種有機(jī)物質(zhì)[3]，主要成分是C、H、O、N，作為土壤固相的重要組分，對(duì)土壤肥力水平高低、土壤的形成、土壤結(jié)構(gòu)及土壤養(yǎng)分都有重要影響。土壤有機(jī)質(zhì)的經(jīng)典測(cè)定方法有灼燒法、重量法、容量法、比色法。

2.1.1 灼燒法 通過在350～400℃進(jìn)行灼燒土樣，通過灼燒前后質(zhì)量的差值，就是灼燒過程中溶解掉的有機(jī)質(zhì)。該方法最重要的是精確的稱量及溫度的掌控，精度較低，且此方法僅適用砂性土壤，對(duì)于其他細(xì)密型土壤測(cè)定分析并不可行。

2.1.2 重量法 包括干燒法和濕燒法兩種，干燒法是利用高溫電爐灼燒，濕燒法利用重鉻酸鉀氧化，以此釋放出土樣中的CO2，用蘇打石灰或氫氧化鋇溶液吸收稱重，再用標(biāo)準(zhǔn)酸進(jìn)行滴定。重量法能夠使土壤樣品所含有的有機(jī)碳全部分解，可以獲得較高精度的分析結(jié)果，但是該法需要特殊的儀器，時(shí)間花費(fèi)也比較多。

2.1.3 容量法 該方法是分析土壤樣品中的有機(jī)質(zhì)比較普遍的方法，利用重鉻酸鉀在過量的硫酸存在情況下，來氧化土樣中的有機(jī)碳，用標(biāo)準(zhǔn)硫酸亞鐵對(duì)剩余的氧化劑進(jìn)行回滴，氧化劑的消耗量的多少就是有機(jī)質(zhì)的含量。容量法操作簡(jiǎn)單、沒有局限性且分析結(jié)果精度高。

2.1.4 比色法 用葡萄糖溶液作為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，利用重鉻酸鉀溶液氧化土樣的有機(jī)碳，有機(jī)質(zhì)濃度與溶液顏色的變化成線性關(guān)系，最后用光度的比色確定有機(jī)質(zhì)量，該方法準(zhǔn)確度不高。

2.2 重金屬的測(cè)定 重金屬元素包括汞（Hg）、鎘（Cd）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、鋅（Zn）、銅（Cu）、鎳（Ni）、砷（As）、銻（Sb）和鉍（Bi）這十種元素。土樣中重金屬的測(cè)定一般可以采用原子吸收分光光度法、全分解法等，但是對(duì)于Cr、Pb的測(cè)定并不理想，張飛提出利用硝酸+氫氟酸+高氯酸全分解法消除土壤的重金屬元素，分析結(jié)果表明該方法操作簡(jiǎn)單、方便可靠，滿足實(shí)際土樣測(cè)定要求[4]。為了實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)定，還可以選取x-射線熒光法，該裝置靈敏度和精度都很高，但是價(jià)格也高，測(cè)定花費(fèi)的成本自然高。

2.3 農(nóng)藥的測(cè)定 農(nóng)藥的品種不同對(duì)土壤造成的污染類型也不同，農(nóng)藥的品種包括有機(jī)氯農(nóng)藥、有機(jī)磷農(nóng)藥及有機(jī)氮農(nóng)藥等，現(xiàn)階段主要針對(duì)有機(jī)氯和有機(jī)磷測(cè)定較多。

有機(jī)氯是持久性有機(jī)物的主要成分，具有難降解、高毒性等特點(diǎn)[5]，通常采用氣相色譜法進(jìn)行測(cè)定。首先利用丙酮和石油醚在索氏提取器中提取土樣中的六六六和DDT，然后提取液用蒸餾水洗凈，用電子捕獲檢測(cè)器氣相測(cè)譜儀進(jìn)行檢測(cè)，外標(biāo)法測(cè)定有機(jī)氯含量。該方法高分離性能，高檢測(cè)性能，分析時(shí)間相對(duì)較快，但不能定性分析所得結(jié)果。

有機(jī)磷是一種能夠?qū)ι窠?jīng)系統(tǒng)造成紊亂的神經(jīng)毒素，所以有機(jī)磷的測(cè)定非常重要。有機(jī)磷測(cè)定分析法也是氣相色譜法，能夠檢測(cè)出有機(jī)磷的含量已經(jīng)達(dá)到納克級(jí)水平。在進(jìn)行有機(jī)磷測(cè)定過程氣相色譜法結(jié)合一般是專用檢測(cè)器火焰光度檢測(cè)器，當(dāng)然電子捕獲檢測(cè)器也很好。

3 結(jié)語(yǔ)

土壤樣品的檢測(cè)能夠反映出環(huán)境質(zhì)量的變化趨勢(shì)，而土壤樣品的采集和處理是最基本的工作且是最重要的環(huán)節(jié)之一。土壤樣品的各項(xiàng)物質(zhì)的測(cè)定方法有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行合適的選擇，更好地定量定性分析土壤環(huán)境狀況，為改善土壤環(huán)境提供指標(biāo)依據(jù)。土壤環(huán)境保障了，農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量與安全就保證了，人民群眾生命健康不擔(dān)心了，我國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展就實(shí)現(xiàn)了。

參考文獻(xiàn)

[1]齊文啟，汪志國(guó)，孫宗光.土壤污染分析中樣品采集與前處理方法探討[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器，2007，04：55-58.

[2]高錦卿.土壤重金屬污染及防治措施[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2013，01：220+225.

[3]張鈞.土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定全程質(zhì)量控制[J].四川環(huán)境，2014，02：6-12.

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關(guān)鍵詞：近紅外光譜技術(shù) 土壤成分 檢測(cè) 發(fā)展動(dòng)向

中圖分類號(hào)：O657 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）03（b）-0-01

在農(nóng)業(yè)中，土壤成分的含量直接影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)和豐收。但是，由于土壤污染、農(nóng)藥化肥違規(guī)使用，其中營(yíng)養(yǎng)元素（如氮、磷、鉀等）的流失或過剩已成為當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可忽視的問題。對(duì)土壤成分的檢測(cè)，便于農(nóng)民了解土地的肥力，進(jìn)行科學(xué)施肥，適當(dāng)增加或減少微量元素與有機(jī)肥用量，提高農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量和單位面積產(chǎn)量，改善土壤肥力，提高農(nóng)業(yè)資源的利用率和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)作業(yè)水平具有重要意義。

傳統(tǒng)的土壤成分含量的檢測(cè)主要在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。這種方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，需要專門的工作人員進(jìn)行化驗(yàn)，而且檢測(cè)速度慢、實(shí)時(shí)性差，無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)施肥快速檢測(cè)化的要求。而近紅外光光譜技術(shù)是一種無(wú)損、高效、快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)技術(shù)，已經(jīng)成功在多個(gè)領(lǐng)域獲得應(yīng)用，包括農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)藥、煙草等行業(yè)。在近紅外光譜區(qū)域，一般有機(jī)物的吸收主要是由含某些官能團(tuán)如C-H、O-H、N-H等的伸縮、振動(dòng)、彎曲等一起的倍頻和合頻吸收譜帶的吸收。通過樣品的光譜吸收特性和樣品的組成結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，測(cè)得有機(jī)物的組成成分。

1 土壤成分NIRS檢測(cè)的重點(diǎn)

1.1 建立樣品庫(kù)

采集一定量具有代表性的土壤樣品，風(fēng)干、磨碎，制成需要分析檢測(cè)的樣品。首先采用常規(guī)化學(xué)分析方法測(cè)定樣品的有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀等含量，為預(yù)測(cè)提供標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)；然后根據(jù)化學(xué)檢驗(yàn)結(jié)果，盡可能獲取大量可靠數(shù)據(jù)，豐富和補(bǔ)充建模樣品庫(kù)中的數(shù)量，建立土壤成分NIRS預(yù)測(cè)的建模樣品庫(kù)。

1.2 建立NIRS數(shù)據(jù)庫(kù)

在同一實(shí)驗(yàn)條件下測(cè)定土壤成分樣品庫(kù)中樣品的近紅外光譜，建立土壤成分含量預(yù)測(cè)的近紅外光譜庫(kù)。不同的近紅外光譜檢測(cè)儀器的精度不同，其光譜也有所差別。

1.3 建立數(shù)學(xué)模型

近紅外光譜分析技術(shù)是一種間接的分析技術(shù)，要想實(shí)現(xiàn)對(duì)未知樣品的定性或定量分析，首先要對(duì)樣品通過標(biāo)定的方法建立校正模型。利用主成分分析的方法得到主要成分，利用聚類分析的方法得到光譜的類型，在模型建立過程中，通過主成分和光譜類型之間的關(guān)系，建立起光譜數(shù)據(jù)與化學(xué)值的相關(guān)關(guān)系，利用多元回歸的方法，建立基于近紅外光譜的有機(jī)質(zhì)測(cè)量模型。

1.4 光譜預(yù)處理技術(shù)

為了建立穩(wěn)定定標(biāo)模型，得到可靠、準(zhǔn)確的特征波長(zhǎng)，去除掉有各種干擾噪聲。如散射干擾、儀器噪聲等、其他組分吸收對(duì)待測(cè)組分吸收造成的干擾等，這些干擾噪聲的存在必然會(huì)影響光譜數(shù)據(jù)的分析及定標(biāo)模型的分析精度和穩(wěn)定性，以便降噪、減少各種干擾。因此，對(duì)采集的土壤樣品進(jìn)行多元散射校正有利于光譜預(yù)處理和定標(biāo)模型的建立。

2 土壤成分NIRS檢測(cè)的難點(diǎn)

2.1 樣品庫(kù)的準(zhǔn)確性

在近紅外光譜分析中，由于光譜數(shù)據(jù)中的異常光譜嚴(yán)重影響定標(biāo)模型的質(zhì)量。因此還需要剔除異常樣品，保證定標(biāo)模型的穩(wěn)定性。樣品的基體（如含水量）的影響，雖然經(jīng)過處理后，基體情況基本一致，但不能排除個(gè)別樣品基體不同的情況；樣品顆粒大小及均勻度對(duì)光的漫反射強(qiáng)度的影響；由于裝樣時(shí)樣品量的多少，裝樣的厚度，樣品表面的平整性及密實(shí)程度都對(duì)入射光在樣品表面有一定的影響，進(jìn)而影響所測(cè)得的光譜。

2.2 溫度的影響

溫度的穩(wěn)定性是保證測(cè)量系統(tǒng)分析精度及重復(fù)性的重要環(huán)節(jié)。因此要采用信噪比與溫度成反比的探測(cè)器，并對(duì)其進(jìn)行致冷控溫。近紅外分析法對(duì)儀器和樣品的溫度十分敏感，溫度變化在10～20 ℃就可以使得吸光度發(fā)生變化，而且溫度影響不呈規(guī)律性。所以分析測(cè)試前要求室溫相對(duì)穩(wěn)定，儀器要預(yù)熱一段時(shí)間，樣品也須置于儀器同一環(huán)境下放置一段時(shí)間，以達(dá)到與室溫、儀器相接近的溫度。

2.3 儀器的分辨率

近紅外光譜儀的工作狀態(tài)和掃描時(shí)各種參數(shù)的設(shè)置，特別是儀器的分辨率會(huì)嚴(yán)重影響近紅外光譜的質(zhì)量，對(duì)測(cè)量過程和分析結(jié)果產(chǎn)生很大影響。分辨率越高，近紅外光譜就越粗糙，光譜所含噪聲越多，吸光度也越大。

要減少預(yù)測(cè)引起的誤差，除了要避免以上幾種情況外，還必須保證定標(biāo)樣品能充分代表所分析對(duì)象的總體，其收集范圍應(yīng)包括將來測(cè)定未知樣品可能出現(xiàn)的待測(cè)成份含量水平和不同產(chǎn)地的情況，使各不同水平的定標(biāo)樣品數(shù)目盡可能均勻分布。

3 結(jié)語(yǔ)

從近年近紅外光譜技術(shù)在土壤領(lǐng)域應(yīng)用研究的進(jìn)展看，它既可以分析農(nóng)業(yè)及土壤方面的有機(jī)成分樣品，還可以分析土壤礦質(zhì)成分，預(yù)測(cè)土壤質(zhì)地、土壤酸堿度等。因此近紅外光譜技術(shù)作為土壤測(cè)試技術(shù)具有巨大潛力。其關(guān)鍵問題在于定標(biāo)樣品集的選擇、光譜處理、定標(biāo)模型的建立與所測(cè)成分標(biāo)準(zhǔn)方法關(guān)聯(lián)度的好與壞。在配以判別軟件和分類軟件的前提下，還可以進(jìn)行土壤類型的

分類。

近紅外光譜技術(shù)是一種快速方便的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，通過近紅外光譜技術(shù)對(duì)土壤成分檢測(cè)的研究開發(fā)具有較高的可行性。通過這項(xiàng)技術(shù)，能夠及時(shí)了解土壤成分含量在不同地段的分布，間接了解農(nóng)作物生長(zhǎng)狀況，指導(dǎo)農(nóng)民合理使用化肥，提高土地利用率。

當(dāng)前，NIRS在土壤成分檢測(cè)方面的儀器設(shè)備還處于開發(fā)階段，便攜式的、可在田間應(yīng)用的還不多，相應(yīng)的軟件還不成熟，需要解決的難點(diǎn)還很多，距離推廣還有很多的路要走。總之，近紅外光譜技術(shù)在土壤學(xué)研究、土壤測(cè)試、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)及數(shù)字土壤等方面具有極大的發(fā)展前景，今后應(yīng)該加強(qiáng)這一領(lǐng)域的研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 金仲輝.物理學(xué)在促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展中的作用[J].物理，2002，31（6）：392-399.

[2] 韓東海，劉新鑫，涂潤(rùn)林.果品無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在蘋果生產(chǎn)和分級(jí)中的應(yīng)用[J].世界農(nóng)業(yè)，2003（1）：42―44.

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關(guān)鍵詞：土壤中；重金屬檢測(cè)；樣品前處理技術(shù)

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.14.081

在樣品化學(xué)分析技術(shù)中，導(dǎo)致分析產(chǎn)生最大誤差的是樣品前處理，因?yàn)閮x器本身產(chǎn)品誤差的可能性相對(duì)較小。不同前處理技術(shù)在對(duì)同一樣品進(jìn)行操作時(shí)，所獲取的最終結(jié)果也會(huì)有一定區(qū)別。所以，在樣品前處理技術(shù)中提出一個(gè)更加快速、簡(jiǎn)單的操作方法是當(dāng)務(wù)之急。

1 濕法消解

濕法消解是將氧化性強(qiáng)酸加入到樣品中，通過對(duì)有機(jī)物的加熱破壞，達(dá)到待測(cè)無(wú)機(jī)成分的釋放，最終形成穩(wěn)定的無(wú)機(jī)化合物用于實(shí)際分析。濕法消解是目前較為簡(jiǎn)單的一種操作技術(shù)，故被廣泛用于土壤中重金屬檢測(cè)樣品前處理。

1.1 濕法消解的試劑選擇

在實(shí)際操作中，濕法消解主要使用幾種試劑，第一是鹽酸；第二是硝酸；第三是高氯酸；第四是氫氟酸。首先，鹽酸是一種效果較強(qiáng)的試劑，其在高溫高壓下的多種物質(zhì)，如硫酸鹽和硅酸鹽等都能和鹽酸形成可溶的鹽酸鹽。其次，硝酸是一種強(qiáng)氧化劑，實(shí)驗(yàn)室通常對(duì)其應(yīng)用重金屬元素的釋放樣品中，并形成可溶性的硝酸鹽。再次是高氯酸，其也具有很強(qiáng)的氧化性，不僅能形成金屬反應(yīng)，還能對(duì)有機(jī)物進(jìn)行消解，但需要注意的是高氯酸在熱濃條件下，很容易與氧化過的無(wú)機(jī)物產(chǎn)生爆炸。最后是氫氟酸，其是一種有效溶劑，能對(duì)硅基物料進(jìn)行有效溶解，并將其轉(zhuǎn)化為能揮發(fā)的SiF，之后需要對(duì)相關(guān)元素加以檢測(cè)。

1.2 濕法消解技術(shù)現(xiàn)狀

總的來說，濕法消解是一種操作簡(jiǎn)單的技術(shù)，幾乎所有實(shí)驗(yàn)室都能通過其進(jìn)行樣品前處理，但其中還是存在一些需要化的問題。第一，濕法消解主要是一種氧化法應(yīng)，其在過程中需要消耗大量時(shí)間，通常需要五到十小時(shí)左右，主要根據(jù)檢測(cè)樣品的成分來決定。濕法消解所常用的四種酸實(shí)際都屬于相對(duì)危險(xiǎn)的物質(zhì)，其中的高氯酸更有可能產(chǎn)生爆炸的可能，氫氟酸的缺陷在于會(huì)腐蝕玻璃，如果操作不當(dāng)會(huì)對(duì)儀器造成損害。電熱板加熱消解，石墨消解儀加熱時(shí)間在十個(gè)小時(shí)左右，時(shí)間長(zhǎng)，消解不徹底，消解后的溶液常有殘?jiān)?，用儀器進(jìn)行分析測(cè)試時(shí)容易堵塞進(jìn)樣的毛細(xì)管，全自動(dòng)石墨消解，自動(dòng)設(shè)定升降溫，加酸，定容，搖勻等程序，消解時(shí)間在五六個(gè)小時(shí)，時(shí)間短，消解也徹底，消解后的溶液澄清明亮，解放了人力，適合批量樣品的消解，一批最多可消解60個(gè)樣品。

2 干灰化法消解

2.1 干灰化法消解的原理

高溫灼燒是干灰化法的主要方式，以利于分解氧化有機(jī)物，再測(cè)定所剩下的無(wú)機(jī)物。在利用干灰化法進(jìn)行樣品前處理時(shí)，溫度需要及時(shí)調(diào)整，其能對(duì)不同元素產(chǎn)生影響。為了提升干灰化法的灰化時(shí)間，實(shí)驗(yàn)中通常會(huì)加入一些試劑，第一是HNO3；第二是Mg（NO3）2等灰助劑，由于加入試劑的不同對(duì)元素產(chǎn)生的作用也會(huì)有相應(yīng)的區(qū)別。

2.2 干灰化法的現(xiàn)狀

干灰化法是通過高溫氧化樣品中的有機(jī)質(zhì)，其操作方法容易，需要使用的試劑也較小，不會(huì)形成太大的樣品污染。同時(shí)，干灰化法要實(shí)現(xiàn)分析樣品準(zhǔn)確度的提高，還可以通過稱樣量的增加來實(shí)現(xiàn)。但是干灰化法也有需要優(yōu)化的問題，通常，灰化需要持續(xù)六小時(shí)以上，如果最終灰化效果不理想還可能需要及時(shí)進(jìn)行降溫，然后將混酸加入繼續(xù)灰化。

3 微波消解

3.1 微波消解的操作原理

根據(jù)各自應(yīng)用方法的情況來看，微波消解操作技術(shù)在實(shí)踐操作中具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：第一，消解能力強(qiáng)；第二，樣品污染少；第三，分析結(jié)果準(zhǔn)確，也是其擁有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，從而是土壤中重金屬檢測(cè)樣品前處理的一種常用方法。微波消解技術(shù)和傳統(tǒng)加熱有一定的區(qū)別，其是屬于內(nèi)加熱，通過微波能達(dá)到快速的深層加熱，微波的變交磁場(chǎng)會(huì)隨機(jī)產(chǎn)生并極化介質(zhì)分子，高頻磁場(chǎng)促使極性分子交替進(jìn)行排列，最終分子高速震蕩。同時(shí)，震蕩因?yàn)榉肿拥姆肿娱g和熱運(yùn)動(dòng)受到影響，以此獲取很高的能量。這種相互作用導(dǎo)致樣品表面層產(chǎn)生破裂，形成酸反應(yīng)和新的表面層，以達(dá)到快速溶解樣品的效果。

3.2 微波消解技術(shù)的現(xiàn)狀

在先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛的情況下，微波消解技術(shù)的合理應(yīng)用，是提高其檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性的重要途徑。當(dāng)前，通過其實(shí)踐操作，可以總結(jié)出如下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)，第一是，快速加熱且具有高溫，并具有很強(qiáng)的消解功能，使樣品溶解時(shí)間有效縮短。同時(shí)，微波的加熱是直接實(shí)施到樣品，能使高溫高壓在罐內(nèi)快速形成，要對(duì)樣品進(jìn)行消解只需要十分鐘左右即可完成，比干灰化法和濕法消解都效率很多。第二是，所需耗費(fèi)的酸較少，空白值低。通常情況下，微波消解所需要的酸溶劑只需10ml就能完成一個(gè)樣品，不僅降低試劑的使用率，還能降低由于試劑所形成的干擾，并有效減小空白值。第三是，樣品揮發(fā)得到有效控制，濕法消解加熱是通過電熱板，其缺點(diǎn)是揮發(fā)性極易損失，而微波消解是在密封的罐內(nèi)進(jìn)行，在消解過程中不會(huì)出現(xiàn)樣品的揮發(fā)，并能使結(jié)果準(zhǔn)確性有效提高。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，土壤中重金屬檢測(cè)樣品前處理技術(shù)是一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)，其能對(duì)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生很大影響。要達(dá)到統(tǒng)一重金屬樣品前處理技術(shù)還需要大量分析人員們進(jìn)一步探索和研究，將幾種方法的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行綜合，并有效避免其存在的弊端，以提出一種高效、簡(jiǎn)單且不會(huì)對(duì)樣品產(chǎn)生污染的處理方法。

參考文獻(xiàn) ：

[1]楊桂蘭，商照聰，李良君等.便攜式X射線熒光光譜法在土壤重金屬快速檢測(cè)中的應(yīng)用[J].應(yīng)用化工，2016，45（08）：1586-1591.

篇5

關(guān)鍵詞：高光譜 土壤 氮素 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號(hào)：S127 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）04（b）-0135-02

林地土壤肥力檢測(cè)是林業(yè)發(fā)展中必不可少的環(huán)節(jié)，而氮?jiǎng)t是土壤肥力的重要指標(biāo)。氮元素的豐缺直接影響著林業(yè)發(fā)展，因此需要及時(shí)檢測(cè)土壤養(yǎng)分并快速獲取土壤信息從而及時(shí)作出反應(yīng)。目前我國(guó)土壤的氮素信息檢測(cè)大多采用傳統(tǒng)的化學(xué)測(cè)定法，該法有著方法繁瑣、測(cè)量速度較慢、有污染等諸多不利之處。 高光譜圖像是光譜分辨率

1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

樣本采集自北京林業(yè)大學(xué)苗圃，去除地表的浮土后，利用取土器按照五點(diǎn)取樣法取5個(gè)點(diǎn)的樣品，作為一份樣品。取土深度在20 cm以下，充分混合后，挑除較大的石塊、殘根葉等雜志，不斷進(jìn)行四分法直至土壤質(zhì)量約為100 g，作為一份土樣。所有土樣經(jīng)室外風(fēng)干、研磨、過50目篩進(jìn)行過篩最后均分成兩份，分別進(jìn)行高光譜檢測(cè)和化學(xué)法測(cè)量。所有實(shí)驗(yàn)樣本共50份，隨機(jī)抽取其中35份作為訓(xùn)集，其余15份作為檢驗(yàn)集。筆者使用SOC710-VP高光譜成像儀，儀器相關(guān)數(shù)據(jù)：光譜帶：0.4～1.0 μm，共有128個(gè)波段，每行包含像素：520或者1392。

利用化學(xué)法測(cè)定，采用北京睿信龍電子技術(shù)研究所研發(fā)的土壤養(yǎng)分測(cè)試儀。所得結(jié)果如表1所示。

2 光譜法測(cè)定

利用高光譜軟件自帶程序進(jìn)行校正為對(duì)校正后的圖像的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并只保留土壤部分，以實(shí)驗(yàn)皿中心作為圓心，取半徑為20的圓形區(qū)域作為實(shí)驗(yàn)采集數(shù)據(jù)區(qū)域，計(jì)算其平均值作為該波段下土壤氮素含量。最后得到的高光譜譜段是從370 ～1 042 nm共128個(gè)波段。由光譜曲線觀察可以得到，光譜在370～470 nm這個(gè)波段的信噪比較低，因此我們最后只選用470 ～1 042 nm波段進(jìn)行研究，得到圖1光譜圖像。

3 預(yù)處理

由于利用高光譜成像儀采集到的光譜信息受到樣品背景信息、噪音信息、光譜散射以及種種人為因素的影響，采集到的原始光譜的準(zhǔn)確性受到干擾，從而影響到建立預(yù)測(cè)模型準(zhǔn)確性，因此在使用光譜數(shù)據(jù)前需要對(duì)其進(jìn)行相關(guān)處理。對(duì)選擇的預(yù)處理方法：S-G平滑濾波、小波去噪、多元散射分析、微分變換等進(jìn)行篩選組合，使用偏最小二乘法（PLS）進(jìn)行建模，對(duì)不同預(yù)處理方法處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行建模進(jìn)行比較分析，利用決定系數(shù)R2（determination coefficients）和均方根誤差RMSEC（root mean squared error）作為模型評(píng)價(jià)指標(biāo)，R2能夠反映模型的穩(wěn)定性，R2越趨向于1，說明模型的越趨于穩(wěn)定，預(yù)測(cè)能力越穩(wěn)定。均方根誤差RMSEC可以反映模型的預(yù)測(cè)能力，RMSE越小模型估算能力越強(qiáng)，將測(cè)得的決定系數(shù)和均方根誤差列入表2。

4 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模方法

在進(jìn)行建模之前，由于高光譜譜段較多，經(jīng)過篩選有108個(gè)波段，維數(shù)較高，而BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)沒有降維步驟，所以先進(jìn)行主成分分析（Principle Component Analysis，PCA）進(jìn)行降維。經(jīng)過主成分分析法計(jì)算后，前5個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率分別為：69.295 8%，79.951 7%，84.621 6%，87.868 3%，90.660 0%，圖像表示為圖2，前5個(gè)主成分累計(jì)起來達(dá)到90%包含了光譜大部分的特征信息，因此以這5個(gè)主成分作為輸入變量進(jìn)行建模。利用35個(gè)樣本作為實(shí)驗(yàn)樣本，15個(gè)樣本作為預(yù)測(cè)樣本對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)能力進(jìn)行檢測(cè)，最終得到預(yù)測(cè)值和化學(xué)法得到的實(shí)際值比較如圖2所示。

經(jīng)計(jì)算BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的決定系數(shù)R2為0.920 4，均方根誤差RMSEC為0.835 3。該方法穩(wěn)定性高于之前預(yù)處理方法時(shí)利用偏最小二乘法建立的模型（R2=0.891 7），而均方根誤差較低，為0.835 3，比利用偏最小二乘法建立的模型的均方根誤差（RMSE C=0.961 4）稍小，可以應(yīng)用于氮含量的初步預(yù)測(cè)。

5 結(jié)語(yǔ)

高光譜技術(shù)在農(nóng)林業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用為國(guó)內(nèi)外農(nóng)林業(yè)的發(fā)展提供一種新的思路和方法，快速獲取林業(yè)土壤相關(guān)信息以對(duì)林業(yè)發(fā)展進(jìn)行觀測(cè)、維護(hù)對(duì)于當(dāng)代林業(yè)發(fā)展有極為重要意義。該文研究了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高光譜技術(shù)在林業(yè)土壤信息檢測(cè)方面的預(yù)處理和建模方法。在該研究中，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的決定系數(shù)為0.920 4，均方根誤差為0.835 3，比利用PLS建立的模型評(píng)價(jià)指標(biāo)更優(yōu)，說明該模型有較好的穩(wěn)定性和預(yù)測(cè)能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳紅艷，趙庚星，李希燦，等.小波分析用于土壤速效鉀含量高光譜估測(cè)研究[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012（7）：1425-1431.

[2] 劉彥姝，潘勇.基于SVR算法的林地土壤氮含量高光譜測(cè)定[J].生態(tài)科學(xué)，2013（1）：84-89.

[3] 盧艷麗，自由路，王賀，等.利用光譜技術(shù)檢測(cè)土壤主要養(yǎng)分含量潛力分析[J].土壤通報(bào)，2012，43（3）：757-759.

[4] 于士凱，姚艷敏，王德營(yíng)，等.基于高光譜的土壤有機(jī)質(zhì)含量反演研究[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2013（23）：146-152.

[5] 沈潤(rùn)平，丁國(guó)香，魏國(guó)栓，等.基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的土壤有機(jī)質(zhì)含量高光譜反演[J].土壤學(xué)報(bào)，2009（3）：391-397.

[6] 李碩，汪善勤，張美琴.基于可見-近紅外光譜比較主成分回歸、偏最小二乘回歸和反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)土壤氮的預(yù)測(cè)研究[J].光學(xué)學(xué)報(bào)，2012（8）：297-301.

篇6

    1材料和方法

    1.1試驗(yàn)區(qū)概況

    試驗(yàn)分為室內(nèi)和田間試驗(yàn)二部分,均在國(guó)家節(jié)水灌溉北京工程技術(shù)研究中心大興試驗(yàn)基地(東經(jīng)116°15′,北緯39°39′)進(jìn)行,屬于暖溫帶半濕潤(rùn)大陸季風(fēng)氣候,多年平均溫度11.6℃,多年平均降水量556mm。土柱試驗(yàn)土壤取自田間試驗(yàn)保護(hù)區(qū)內(nèi)的10~60cm深度土樣,自然風(fēng)干后,磨細(xì)、過2mm篩,充分混合均勻以備用。據(jù)國(guó)際制土壤質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn),試驗(yàn)田塊0~100cm剖面土壤質(zhì)地為砂質(zhì)壤土,平均土壤密度為1.47g/cm3[6]。

    1.2ECH2O-TE傳感器工作原理

    選用Decagon Devices公司的ECH2O-TE傳感器和EM50土壤多參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(Decagon DevicesInc.,Pullman,Washington,USA)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤的含水率νs、溫度Ts和電導(dǎo)率ECb。傳感器長(zhǎng)、寬、厚分別為10、3.2、0.7cm,探針長(zhǎng)度為5.2cm[7]。土壤多參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過測(cè)量土壤介電常數(shù),利用含水率與介電常數(shù)的關(guān)系輸出土壤含水率;通過鑲嵌在傳感器里的熱敏電阻測(cè)量土壤溫度;三探針ECH2O-TE傳感器的2個(gè)探針上排放的4條金屬絲(電極)組成電路,利用電流-電壓4端法測(cè)定土壤電導(dǎo)率,這種方法的測(cè)試系統(tǒng)包括2個(gè)電流端和2個(gè)電壓端,作為測(cè)量激勵(lì)信號(hào)的恒定電流經(jīng)過2個(gè)電流端流入大地,通過檢測(cè)2個(gè)電壓端的電勢(shì)差,根據(jù)歐姆定律和電阻定律就可換算出介電材料(土壤)的電導(dǎo)率[8]。

    1.3室內(nèi)試驗(yàn)

    室內(nèi)試驗(yàn)于2009年8月15日—10月20日進(jìn)行,自制內(nèi)徑40cm、高40cm的PVC土柱,在土柱側(cè)面20cm高度處沿周長(zhǎng)等間距預(yù)留4個(gè)直徑3cm的孔,分別用于安裝3支ECH2O-TE傳感器和1個(gè)土壤溶液提取器。根據(jù)土壤密度分層(每5cm一層)裝填至土柱30cm高度,裝填完畢后,穩(wěn)定24h,使土壤水分均勻分布。土壤初始含水率控制在0.07cm3/cm3左右。試驗(yàn)選用NH4NO3分析純?yōu)槿苜|(zhì),共進(jìn)行了7個(gè)溶液質(zhì)量濃度(0、0.2、0.5、1、2、5、10g/L)的土柱試驗(yàn)。通過預(yù)試驗(yàn)可知土壤電導(dǎo)率和含水率穩(wěn)定時(shí)間大概在灌水后90min,此后二者慢慢呈遞減趨勢(shì)。為使土柱內(nèi)土壤水分達(dá)到飽和狀態(tài),按7.54L(60mm)灌水量瞬時(shí)注入土柱,試驗(yàn)計(jì)時(shí)開始,約90min后,用真空泵抽取土壤抽提液(≥30mL),用便攜式電導(dǎo)率計(jì)(Sension5,Hach)測(cè)量溶液的電導(dǎo)率(ECw)。抽取溶液停止后,迅速將探頭上部的土壤除去,在探頭埋置處取土樣,一部分用烘干法測(cè)量土壤含水率,另一部分土樣用濃度1mol/L的KCl溶液浸提,然后用流動(dòng)分析儀(Auto Analyzer-Ⅲ,Bran+Luebbe,Germany)測(cè)量土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)。試驗(yàn)中數(shù)據(jù)采集器的取樣間隔設(shè)為5min,試驗(yàn)過程中準(zhǔn)確記錄抽取溶液的起始和結(jié)束時(shí)間及取土?xí)r間。

    1.4田間試驗(yàn)

    田間試驗(yàn)于2009年4月26日—8月24日和2010年5月3日—8月28日春玉米生育期內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)小區(qū),每小區(qū)的尺寸為32m×3m,每小區(qū)種植6行春玉米,行距50cm,株距40cm,小區(qū)間預(yù)留50cm寬的觀測(cè)通道。灌水方式采用滴灌,灌水器流量為1.65L/h(0.1MPa),間距為40cm(Super Typhoon,Netafim,Israel)。每小區(qū)沿春玉米行向安裝3條間距100cm的毛管(滴灌帶),每條毛管控制2行春玉米(圖1)。每小區(qū)沿中間毛管按均勻分布的原則水平安裝5支ECH2O-TE傳感器(總計(jì)15支),埋設(shè)深度35cm,數(shù)據(jù)采集間隔設(shè)置為30min。當(dāng)監(jiān)測(cè)的土壤體積含水率達(dá)到田間持水率60%~70%時(shí)進(jìn)行灌溉,3個(gè)小區(qū)的灌水量分別采用灌溉需水量(生育階段作物需水量(ET)扣除有效降雨量(P0))的50%(I1)、75%(I2)和100%(I3)。生育期內(nèi)2009年共灌水4次(5月20日、6月14日、6月29日和7月14日),最大總灌水量為85mm,施氮量為180kg/hm2(25%作為基肥施入,其余75%隨灌水施入);2010年共灌水4次(6月22日、7月1日、7月23日和8月8日),最大總灌水量為100mm,施氮量為162kg/hm2(全部隨灌水施入)。肥料選用尿素,利用水動(dòng)比例式施肥泵(Mis Rite Model 2504,Tefen)采用“1/4W—1/2N—1/4W”的模式(前1/4時(shí)間灌清水,中間1/2時(shí)間施肥,后1/4時(shí)間灌清水沖洗管網(wǎng))注入[9]。每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)首部均單獨(dú)安裝水表和閥門,用以監(jiān)控灌水量。在播種前、灌溉、施肥后2d和收獲后(2009年4月27日、5月23日、6月16日、7月16日、7月20日、8月28日;2010年5月3日、6月24日、7月25日和8月30日)在距傳感器約1m、在20~40cm深度土層取土,一部分土樣用以測(cè)量土壤含水率(烘干法),另一部用來測(cè)試硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù),土樣處理、浸提及測(cè)試方法與室內(nèi)試驗(yàn)相同。

    1.5統(tǒng)計(jì)分析

    利用PASW Statistics 18.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,對(duì)同一土柱不同傳感器測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析,檢驗(yàn)傳感器之間是否存在顯著差異(P=0.05),用多元回歸尋求土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)與電導(dǎo)率、含水率和溫度之間的定量關(guān)系,并對(duì)回歸方程進(jìn)行F檢驗(yàn)和對(duì)回歸系數(shù)進(jìn)行t檢驗(yàn)(P=0.05)。

    2結(jié)果與分析

    2.1室內(nèi)試驗(yàn)

    土壤電導(dǎo)率隨硝酸銨溶液質(zhì)量濃度和硝酸銨溶液電導(dǎo)率線性增加,斜率和截距分別為4.58、4.81和-1.51、0.93,判定系數(shù)分別為0.99和0.96,這與文獻(xiàn)[4]室內(nèi)試驗(yàn)的結(jié)論相同。說明在假定其他條件不變的情況下(例如溫度和含水率),通過正確的校正,土壤電導(dǎo)率能較好的反映土壤溶液質(zhì)量濃度的變化,但是在實(shí)際應(yīng)用時(shí),土壤電導(dǎo)率受土壤水分、溫度、質(zhì)地和鹽分等因素的影響。不同硝酸銨溶液質(zhì)量濃度下的土壤電導(dǎo)率隨土壤含水率的變化情況繪于圖2。硝酸銨溶液質(zhì)量濃度較低時(shí),土壤電導(dǎo)率隨含水率呈明顯的非線性變化特征,先隨含水率的增大而增大,但當(dāng)含水率超過0.3cm3/cm3左右時(shí),電導(dǎo)率隨含水率的繼續(xù)增加而減小。當(dāng)硝酸銨溶液中的硝態(tài)氮質(zhì)量濃度低于土壤溶液的初始硝態(tài)氮質(zhì)量濃度時(shí),隨灌水的進(jìn)行,含水率不斷增加的同時(shí),會(huì)對(duì)土壤中的硝態(tài)氮產(chǎn)生淋洗作用,致使土壤電導(dǎo)率有所降低,這是產(chǎn)生上述現(xiàn)象的主要原因。按照Rhoades線性經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?式1)對(duì)土壤電導(dǎo)率與土壤含水率和提取液電導(dǎo)率的關(guān)系進(jìn)行擬合[2,10],結(jié)果列于表1,表1中S為剩余標(biāo)準(zhǔn)差。由表1可知,不同傳感器的回歸方程的偏回歸系數(shù)相差不大,說明在此土壤結(jié)構(gòu)條件下傳感器不需要特殊校正;不同傳感器的回歸方程的判定系數(shù)均大于0.99,且所有傳感器數(shù)據(jù)聯(lián)合的回歸方程的判定系數(shù)也大于0.99,說明式(1)能較好地反映試驗(yàn)條件下土壤電導(dǎo)率和土壤溶液電導(dǎo)率的關(guān)系,且統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明回歸方程達(dá)到了極顯著水平(P≤0.01,下同)。土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)與提取液電導(dǎo)率具有很強(qiáng)的線性關(guān)系(0.997),以式(1)為基礎(chǔ),對(duì)土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)與土壤含水率和電導(dǎo)率的關(guān)系也進(jìn)行擬合,得出:由式(2)可知,當(dāng)含水率一定時(shí),土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨土壤電導(dǎo)率的增加而線性增加;對(duì)式(2)變量的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果指出,土壤電導(dǎo)率對(duì)硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響達(dá)到極顯著水平,說明土壤電導(dǎo)率是表征土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的一個(gè)重要指標(biāo)。

    2.2田間試驗(yàn)結(jié)果

篇7

關(guān)鍵詞 土壤墑情；監(jiān)測(cè)；現(xiàn)狀；效果；吉林梨樹

中圖分類號(hào) S152.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2013）15-0250-01

當(dāng)前，隨著氣候和環(huán)境的變化，干旱已成為擺在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面前的首要難題[1-5]，而作為以雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)為主的吉林省梨樹縣，如何在此條件下做好全縣的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)任務(wù)，更是重中之重。而有效地做好土壤墑情工作，發(fā)展旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)，提高旱地土壤水分利用率，從而探討梨樹縣旱作地區(qū)土、肥、水資源的優(yōu)化配置的主要技術(shù)參數(shù)及優(yōu)化模式，以更好地指導(dǎo)旱作區(qū)水分利用動(dòng)態(tài)管理模式科學(xué)施肥技術(shù)與科學(xué)施肥技術(shù)研究。因此，做好土壤墑情的監(jiān)測(cè)工作尤為重要。

1 梨樹縣土壤墑情監(jiān)測(cè)工作現(xiàn)狀

1.1 加強(qiáng)組織管理工作

為搞好此項(xiàng)監(jiān)測(cè)工作，梨樹縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站專門成立了領(lǐng)導(dǎo)小組和技術(shù)指導(dǎo)小組，領(lǐng)導(dǎo)小組組長(zhǎng)由站長(zhǎng)擔(dān)任，主要負(fù)責(zé)組織、協(xié)調(diào)、督促和檢查工作。技術(shù)指導(dǎo)小組由副站長(zhǎng)擔(dān)任組長(zhǎng)，設(shè)3名以上成員主要負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)點(diǎn)定位及取土、測(cè)試與數(shù)據(jù)采集分析工作。

1.2 完善基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備

經(jīng)過多年的建設(shè)，現(xiàn)在全縣范圍內(nèi)已建成6個(gè)自動(dòng)氣象監(jiān)測(cè)點(diǎn)，可通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制，隨時(shí)取所需要的數(shù)據(jù)，包括水分、溫度等多項(xiàng)指標(biāo)。為有效運(yùn)用和實(shí)施管理，專門配備了土壤水分速測(cè)儀和筆記本電腦。同時(shí)每位監(jiān)測(cè)人員均具有相關(guān)的專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)，工作認(rèn)真負(fù)責(zé)，熟悉農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用等相關(guān)知識(shí)，并建有基礎(chǔ)檔案，保證農(nóng)田墑情監(jiān)測(cè)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

1.3 農(nóng)田監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)

根據(jù)氣候、地形地貌、土壤類型劃分為3個(gè)農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測(cè)類型區(qū)，即西北部風(fēng)沙鹽堿區(qū)、中部平原區(qū)和南部半山區(qū)，并在不同類型區(qū)選擇主導(dǎo)農(nóng)作物和種植模式一致的連片、有代表性的地塊設(shè)立農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)面積不小于2 000 m2，共設(shè)5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，即林海鎮(zhèn)1個(gè)、萬(wàn)發(fā)鎮(zhèn)1個(gè)、梨樹鎮(zhèn)高家村1個(gè)（玉米寬窄行栽培及對(duì)照）、梨樹鎮(zhèn)泉眼溝科技示范園區(qū)1個(gè)、金山鄉(xiāng)1個(gè)。每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)都落實(shí)到當(dāng)?shù)乜萍际痉稇舻牡貕K上，以便管理，監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)用GPS儀定位，設(shè)立保護(hù)標(biāo)志，并保持長(zhǎng)期穩(wěn)定，同時(shí)代表以當(dāng)?shù)丶Z食作物為主導(dǎo)，兼顧大田經(jīng)濟(jì)作物、旱地和水澆地，及種植制度、種植結(jié)構(gòu)、技術(shù)措施基本一致的地塊。

1.4 探索新的工作模式

前幾年每逢取土日都是科技人員下鄉(xiāng)取土，存在著局限性，人力物力耗費(fèi)大，取土?xí)r間長(zhǎng)。近年來，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)推廣體系逐漸完善，鄉(xiāng)鎮(zhèn)站的基礎(chǔ)設(shè)施得到改觀，從2010年起，以各鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，取土日縣站集中通知各監(jiān)測(cè)點(diǎn)，按操作規(guī)程測(cè)量后將數(shù)據(jù)上報(bào)匯總，這樣既節(jié)省了人力、物力和財(cái)力，又調(diào)動(dòng)了技術(shù)指導(dǎo)員的積極性，加大了土壤墑情與旱情工作的宣傳力度。

2 墑情與旱情監(jiān)測(cè)效果

根據(jù)測(cè)定基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，及時(shí)土壤墑情與旱情信息，并提出農(nóng)事建議。從初春開始根據(jù)天氣等情況進(jìn)行土壤墑情與旱情監(jiān)測(cè)，根據(jù)梨樹縣實(shí)際情況各監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)監(jiān)測(cè)9次，全縣逾200點(diǎn)次，整理監(jiān)測(cè)結(jié)果見表1。從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)看，總體墑情較好，根據(jù)作物需水規(guī)律和土壤墑情監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系、5月，西北部林海鎮(zhèn)風(fēng)沙土含水量小，相對(duì)濕度不足50%，山區(qū)孟家?guī)X屬于輕旱外，其余地方墑情適宜，有利于春播及保苗，6—7月總體墑情適宜，8月全縣普遍輕旱，9月墑情適宜。2012年向中國(guó)農(nóng)業(yè)節(jié)水墑情網(wǎng)上傳簡(jiǎn)報(bào)9期，在《梨樹農(nóng)技簡(jiǎn)報(bào)》上及梨樹總站農(nóng)網(wǎng)上農(nóng)田墑情與旱情通報(bào)9次。每次測(cè)定后都及時(shí)總結(jié)分析，以照片、簡(jiǎn)報(bào)、以及登載總站農(nóng)網(wǎng)等各種形式通過媒體或網(wǎng)絡(luò)向政府、農(nóng)民土壤墑情與旱情信息，并提出相應(yīng)的農(nóng)技措施，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)成果的應(yīng)用。每期簡(jiǎn)報(bào)都要上傳到土壤墑情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。

通過適時(shí)監(jiān)測(cè)，墑情信息，2013年春季搶墑播種，出苗率提高了3%，作物生長(zhǎng)期根據(jù)墑情及時(shí)提出抗旱排澇，有利于作物生長(zhǎng)，僅此項(xiàng)為梨樹縣糧食增產(chǎn)5%左右，通過項(xiàng)目鄉(xiāng)鎮(zhèn)輻射帶動(dòng)周邊農(nóng)民科學(xué)種田的積極性，改變他們靠天吃飯、等靠的思想，打井、坐水種、旱時(shí)澆、澇時(shí)排均列入耕作工作日程上。建議加強(qiáng)交流，更好地利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。

3 參考文獻(xiàn)

[1] 范佳林，梁秀清.土壤墑情自動(dòng)化監(jiān)測(cè)及應(yīng)用[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2010（7）：323，327

[2] 范長(zhǎng)玉.吉林省土壤墑情監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀淺析[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2011，31（3）：5-6.

[3] 蘇雅萍，孫寶凱，李莉，等.遼寧義縣土壤墑情監(jiān)測(cè)工作現(xiàn)狀及發(fā)展對(duì)策[J].科技與生活，2011（12）：221.

篇8

關(guān)鍵詞 堿解蒸餾法；土壤水解性氮；凱式定氮儀

中圖分類號(hào) S132 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2014）12-0237-02

土壤水解性氮的測(cè)定通常采用堿解擴(kuò)散法，通常做法是在擴(kuò)散皿中，用1.8 mol/L氫氧化鈉（水稻土和經(jīng)常淹水的土壤用1.2 mol/L氫氧化鈉）水解土壤，然后將其放置在40 ℃恒溫箱中（24±0.5） h后取出滴定[1]。但該法有如下缺點(diǎn)：擴(kuò)散時(shí)間長(zhǎng)，操作繁瑣，玻璃板和擴(kuò)散皿之間有時(shí)密封不嚴(yán)使氨氣逸出，且內(nèi)外室之間容易污染。而堿解蒸餾法則能避免這些問題，且可提高速度和檢測(cè)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度[2]?，F(xiàn)將凱式定氮儀堿解蒸餾法介紹如下，以為土壤水解性氮測(cè)定提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)原理

將土壤樣品放在消化管中，用氫氧化鈉和鋅-硫酸亞鐵還原劑進(jìn)行水解，使易水解氮和硝態(tài)氮在堿性條件下還原成氨逸出，蒸餾出的氨被吸收在2%硼酸溶液中，后用標(biāo)準(zhǔn)酸進(jìn)行滴定[3]。

1.2 試劑與儀器

（1）化學(xué)試劑。4 mol/L的氫氧化鈉溶液；1∶5的鋅-硫酸亞鐵還原劑；0.01 mol/L鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液；定氮混合指示劑；2%硼酸溶液；甲基紅-溴甲酚綠混合指示劑。

（2）儀器。福斯特卡托公司的2200型凱式定氮儀；250 mL消化管；250 mL三角瓶。

1.3 分析步驟

（1）稱取過60號(hào)篩的風(fēng)干土樣1 g（精確到0.001 g）置于消化管中，加入1 g鋅-硫酸亞鐵還原劑，加入4 mol/L氫氧化鈉10 mL。同時(shí)做空白試驗(yàn)。

（2）接通電源，打開冷凝水，將沒有樣品的消化管放入蒸餾器上，關(guān)上安全門，把空的三角瓶放到接收臺(tái)上，空蒸管道4 min，2次。

（3）將裝有樣品的消化管放入蒸餾器，再將裝有10 mL硼酸的250 mL三角瓶放到蒸餾器的接收座上，開始蒸餾，蒸餾時(shí)間4 min。

（4）蒸餾完成后取下接收瓶，用0.01 mol/L鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，溶液由藍(lán)色至微紅色。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氫氧化鈉的濃度對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響

使用空蒸餾管蒸餾4 min后，測(cè)定管中水量，10次測(cè)量水量分別為11.5、13.5、13.0、12.0、13.2、11.5、12.4、11.8、10.8、12.5 mL，平均為12.22 mL。

取國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)土樣GBW07142a和GBW07458 2個(gè)樣品，在消化管中加入4 mol/L氫氧化鈉10 mL后，一種是加入25 mL水，使氫氧化鈉濃度為0.85 mol/L，一種是不加入水，氫氧化鈉濃度為1.8 mol/L，后分別用堿解蒸餾法進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定結(jié)果見表1。可以看出，氫氧化鈉的濃度對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響很大，氫氧化鈉的濃度過低時(shí)，水解不完全，檢測(cè)結(jié)果低；氫氧化鈉的濃度過高時(shí)，某些難水解的蛋白質(zhì)發(fā)生部分水解，檢測(cè)結(jié)果偏高[2]。堿解蒸餾法測(cè)定時(shí)，氫氧化鈉濃度為4 mol/L[3]，不加水的情況下，消化管中氫氧化鈉的濃度為1.8 mol/L，符合堿解擴(kuò)散法中氫氧化鈉濃度，并且檢驗(yàn)結(jié)果在標(biāo)物標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)。

2.2 蒸餾時(shí)間對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響

選擇不同蒸餾時(shí)間（3、4、5 min）對(duì)取國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)土樣GBW07142a和GBW07458 2個(gè)樣品進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見表2?？梢钥闯?，當(dāng)蒸餾時(shí)間為4、5 min時(shí)，檢驗(yàn)結(jié)果在標(biāo)物標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，蒸餾時(shí)間為3 min時(shí)結(jié)果偏低，說明，蒸餾時(shí)間為4 min水解就已經(jīng)完全，所以，在以后的試驗(yàn)過程中蒸餾時(shí)間可選擇4 min。

2.3 2種測(cè)定方法對(duì)比試驗(yàn)

用林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LY/T1229-1999堿解擴(kuò)散法和堿解蒸餾法對(duì)隨機(jī)抽取的20個(gè)土壤樣品進(jìn)行試驗(yàn)（n=5），結(jié)果見表3?？梢钥闯觯?種方法測(cè)定土壤水解性氮，結(jié)果完全在分析誤差范圍內(nèi)，所有相對(duì)差值均低于5%，沒有顯著性的差異。

3 結(jié)論與討論

試驗(yàn)結(jié)果表明，用堿解蒸餾法測(cè)定土壤水解性氮，達(dá)到了林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LY/T1229-1999堿解擴(kuò)散法的效果，使水解時(shí)間由24 h降低到了4 min，真正達(dá)到了節(jié)時(shí)高效的目的，且操作簡(jiǎn)便，準(zhǔn)確度高，適合于批量檢測(cè)水解性氮的過程中選用[4-11]。

4 參考文獻(xiàn)

[1] LY/T 1229―1999森林土壤水解性氮的測(cè)定[M].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1999.

[2] 孫又寧，保萬(wàn)魁，余梅玲.自動(dòng)定氮儀堿解蒸餾法測(cè)定土壤中堿解氮含量[J].中國(guó)土壤與肥料，2007（5）：64-66.

[3] 中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所.土壤理化分析[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1978：73-76.

[4] 楊雪，陶曉秋，黃玫.堿解蒸餾法測(cè)定植煙土壤中水解性氮含量的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013（17）：7517-7519.

[5] 童娟，謝春梅.堿解擴(kuò)散法測(cè)定土壤水解性氮影響因素分析[J].寧夏農(nóng)林科技，2011（9）：61，71.

[6] 尹獻(xiàn)遠(yuǎn)，徐霄，余麗麗.全自動(dòng)凱氏定氮儀測(cè)定土壤堿解氮的探討[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012（8）：1185-1187.

[7] 劉坤.凱式定氮儀測(cè)定肉與肉制品的揮發(fā)性鹽基氮含量[J].輕工科技，2012（6）：11，18.

[8] 馮敬晶.2200型半自動(dòng)凱式定氮儀測(cè)定飼料中粗蛋白的方法與注意事項(xiàng)[J].養(yǎng)殖技術(shù)顧問，2009（10）：128.

[9] 何孟杭.全自動(dòng)凱式定氮儀測(cè)定醬油中全氮含量不確定度的評(píng)定[J].質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督研究，2010（3）：23-27.

篇9

關(guān)鍵詞：土壤電導(dǎo)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，傳感器網(wǎng)絡(luò)

 

土壤物理學(xué)的研究結(jié)果表明土壤電導(dǎo)本身包含了反映土壤品質(zhì)與物理性質(zhì)的豐富信息，因此土壤電導(dǎo)的實(shí)時(shí)測(cè)量具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前，國(guó)內(nèi)土壤電導(dǎo)的測(cè)量還僅局限于單點(diǎn)測(cè)量，國(guó)外澳作公司利用總線技術(shù)設(shè)計(jì)出了分布土壤電導(dǎo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它代表了目前世界的先進(jìn)水平。。但是這個(gè)系統(tǒng)要用電纜聯(lián)結(jié)成為一個(gè)小網(wǎng)絡(luò)，田間布線太多，而且費(fèi)用高昂。為此，本文設(shè)計(jì)了一種適合于大范圍多點(diǎn)測(cè)量且造價(jià)低廉的土壤電導(dǎo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。。

該土壤電導(dǎo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由雙環(huán)形土壤電導(dǎo)探頭、雙極性脈沖電壓源、集成運(yùn)放器、程控放大器、A/D轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)等電路組成。

1 傳感器探頭的設(shè)計(jì)

自行設(shè)計(jì)一對(duì)弧形的電極，弧形電極緊貼在一個(gè)圓柱形的絕緣材料上，埋入待測(cè)土壤中，此時(shí)測(cè)量的土壤電導(dǎo)為以電極為中心向外輻射的一個(gè)圓形區(qū)域的電導(dǎo)，可以更有代表性地反映其所在深度的電導(dǎo)。這種傳感器探頭的優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)低廉，適合土壤電導(dǎo)的大范圍測(cè)量。

2 激勵(lì)信號(hào)的選擇

為避免電極極化，激勵(lì)信號(hào)擬采用雙極性脈沖間歇電壓信號(hào)，如圖1所示。

由于在激勵(lì)信號(hào)的前半個(gè)周期和后半個(gè)周期，激勵(lì)電流同值反向，被測(cè)系統(tǒng)中那種介質(zhì)極化現(xiàn)象就得以削弱。再者通過系統(tǒng)軟件的控制，經(jīng)放大器放大輸出的電壓信號(hào)Vo在被采樣時(shí)已經(jīng)穩(wěn)定。由于A/D采樣點(diǎn)位于電壓波形穩(wěn)定后的平坦部位，在這一段時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)相當(dāng)于受到一個(gè)恒定直流電壓信號(hào)的激勵(lì)，被測(cè)電壓信號(hào)不再需要復(fù)雜的處理，相敏調(diào)解、濾波等環(huán)節(jié)就可以省略，這樣既簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，又提高了數(shù)據(jù)采集速度。

3 單片機(jī)的選擇

選用ATMEL公司的AT-mega16單片機(jī)，作為傳感器節(jié)點(diǎn)的主控芯片，主要原因如下：

（1）其內(nèi)部已經(jīng)嵌入了8通道10位高精度ADC轉(zhuǎn)換器，不必再買A/D轉(zhuǎn)換芯片，節(jié)省了開銷。

（2）AVR系列單片機(jī)都支持ISP（In-System Programming），只要一根ISP下載線就可以方便地在線修改程序，開發(fā)設(shè)備簡(jiǎn)單方便。

（3）片內(nèi)設(shè)有上電復(fù)位和內(nèi)部RC振蕩電路，無(wú)需擴(kuò)展任何元件就可以自成最小系統(tǒng)，只要接通電源就可以工作。

（4）Mega 16 單片機(jī)有內(nèi)置的TWI（Two-Wire Interface）總線，方便擴(kuò)展存儲(chǔ)芯片，節(jié)省了設(shè)計(jì)存儲(chǔ)程序的時(shí)間。

4 土壤電導(dǎo)轉(zhuǎn)換電路的選擇

土壤電導(dǎo)的測(cè)量電路主要有電阻分壓法、集成運(yùn)放輸入法。

電阻分壓法只用一個(gè)合適的固定電阻R與土壤電阻Rx串聯(lián)就可以了，是最簡(jiǎn)單的測(cè)量電路。

當(dāng)Rx>>R時(shí)，

（1）

式中Gx為被測(cè)土壤電導(dǎo)，可以看出，當(dāng)Rx>>R時(shí)，輸出電壓與電導(dǎo)成線性關(guān)系。但是當(dāng)Rx>>R時(shí)，電阻R上分得的電壓就會(huì)非常的小，用單片機(jī)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并采集時(shí)就會(huì)有一定的誤差；如果選取的R阻值與Rx接近，則輸出的電壓與電導(dǎo)之間不呈線性關(guān)系。

集成運(yùn)放輸入法是典型的反相輸入比例放大電路。

根據(jù)反相比例放大電路原理：

（2）

式中Gx為被測(cè)土壤電導(dǎo)，從公式2.4可以看出，輸出電壓與電導(dǎo)成線性關(guān)系。

上述所期望的表達(dá)式是將集成運(yùn)放按理想模型得到的，如果考慮實(shí)際運(yùn)放，相對(duì)誤差會(huì)達(dá)到10-6 數(shù)量級(jí)，因此只要稍微注意篩選器件，由運(yùn)放造成的誤差可以不予考慮。

比較上面兩種測(cè)試電路，方法一雖然簡(jiǎn)單，成本低，但在選擇R上要進(jìn)行誤差分析。方法二在測(cè)試過程中只需考慮傳感器本身的誤差，而不必考慮采集信號(hào)的電路所帶來的誤差，因此本系統(tǒng)采用集成運(yùn)放輸入法電路作為采集信號(hào)電路。

5 程控放大器電路的設(shè)計(jì)

土壤含水量從風(fēng)干土含水量到飽和含水量，土壤電導(dǎo)的變化范圍很大，這使得單片機(jī)采集到的信號(hào)要么很弱、要么達(dá)到飽和，造成很大的誤差或者過載。為此本系統(tǒng)采用程控放大器AD526來保證測(cè)量精度。。AD526是一種單端可編程增益放大器，可提供二進(jìn)制數(shù)1、2、4、8、16的精密增益數(shù)字控制。為了使測(cè)量范圍更寬、測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確，本系統(tǒng)采用兩片AD526級(jí)聯(lián)的方式作為增益放大器，級(jí)聯(lián)后的放大倍數(shù)為1、4、16、64、256，依次增大4倍。

AT-mega16的采集電壓范圍為0~5V，當(dāng)被測(cè)電壓太小或者太大都會(huì)導(dǎo)致誤差增大，所以設(shè)置最佳測(cè)量電壓范圍大約為1~4V，對(duì)應(yīng)的ADC值為200~820。增益設(shè)置程序的規(guī)則如下：每次把采集到的ADC值和最佳范圍的端值進(jìn)行比較，當(dāng)在200~820之間時(shí)，就把該次ADC值作為實(shí)際測(cè)量值；大于820時(shí)，并且增益值不為1就縮小4倍，重新采集，直到采集的ADC值在最佳范圍內(nèi)；如果大于820且增益值為1，就把該次ADC值作為實(shí)際測(cè)量值；小于200時(shí)，并且增益值不等于256就增大4倍，重新采集，直到采集的ADC值在最佳范圍內(nèi)；如果小于200且增益值為256，就把該次ADC值作為實(shí)際測(cè)量值。

6土壤電導(dǎo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作原理

雙環(huán)形電導(dǎo)探頭上含有一對(duì)金屬電極薄片，該電極對(duì)通過絕緣線分別與激勵(lì)源電路的輸出端和反向放大電路的輸入端相連。當(dāng)單片機(jī)發(fā)出啟動(dòng)雙極性脈沖間歇電壓源的控制信號(hào)后，被測(cè)土壤受到激勵(lì)，被測(cè)信號(hào)通過轉(zhuǎn)換電路，把電導(dǎo)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，傳遞到可編程增益放大器的輸入端，經(jīng)程控放大后被單片機(jī)自帶的A/D轉(zhuǎn)換電路采集，存入單片機(jī)。激勵(lì)源的正、反、0V切換、程控放大器的增益設(shè)置等均由單片機(jī)完成。測(cè)得的信號(hào)通過串口通訊電路送至上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

7 結(jié)語(yǔ)

自行設(shè)計(jì)的土壤電導(dǎo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)制作容易、造價(jià)低廉，特別適合于大范圍土壤電導(dǎo)的測(cè)量。如果土壤電導(dǎo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)再加上無(wú)線收發(fā)模塊，就可以組成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)大范圍土壤電導(dǎo)的監(jiān)測(cè)。

參考文獻(xiàn)

[1] 文宇莊.電導(dǎo)線性化標(biāo)定的傳感器信號(hào)的采集. 西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）[J]，2000，25(2)：195-197

[2] 王德勝，倪煥明. 微小信號(hào)反饋式程控放大電路. 地殼形變與地震[J]，2001，21(2)：83-86

[3] 紀(jì)宗南.儀表放大器及其應(yīng)用（五）――SPGA儀表放大器的應(yīng)用. 國(guó)外電子元器件[J]，1998，(8)：22-25

篇10

[關(guān)鍵詞]土壤電阻率；接地電阻；四極法

中圖分類號(hào)： TM54 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：

接地電阻，就是電流由接地裝置流入大地再經(jīng)大地流向另一接地體或向遠(yuǎn)處擴(kuò)散所遇到的電阻，它包括接地線和接地體本身的電阻、接地體與大地的電阻之間的接觸電阻以及兩接地體之間大地的電阻或接地體到無(wú)限遠(yuǎn)處的大地電阻。接地電阻大小直接體現(xiàn)了電氣裝置與“地”接觸的良好程度，是衡量接地系統(tǒng)泄放雷電流能力的重要參數(shù)。

對(duì)于接地裝置而言，要求其接地電阻越小越好，因?yàn)榻拥仉娮柙叫?，散流越快，跨步電壓、接觸電壓也越小。而影響接地電阻的主要因素有土壤電阻率，接地體的尺寸、形狀及埋入深度，接地線與接地體的連接等。其中土壤電阻率對(duì)接地電阻的大小起著決定性作用。土壤電阻率是接地工程計(jì)算中一個(gè)常用的參數(shù)，直接影響接地裝置接地電阻的大小，以及地網(wǎng)地面的電位分布。因此，研究影響土壤電阻率的主要因素，有效地改善土壤電阻率，以及正確地測(cè)量土壤電阻率，對(duì)接地裝置的正確設(shè)計(jì)具有重要的意義。

1 影響土壤電阻率的主要因素

土壤電阻率不是一個(gè)恒定的值，影響因素有很多，主要受以下幾個(gè)方面的影響：

（1）土壤中導(dǎo)電離子的濃度和土壤中的含水量的影響

土壤電阻率ρ的大小主要取決于土壤中導(dǎo)電離子的濃度和土壤中的含水量。土壤中所含導(dǎo)電離子濃度越高，土壤的導(dǎo)電性就越好，ρ就越小；反之就越大。土壤越濕，含水量越多，導(dǎo)電性能就越好，ρ就越??；反之就越大。

（2）土質(zhì)的影響

不同土質(zhì)的土壤電阻率不同，甚至相差幾千到幾萬(wàn)倍。表1 為幾種不同土質(zhì)在不同含水量時(shí)的ρ值。

表1 不同土質(zhì)的土壤電阻率ρ

（3）溫度的影響

溫度對(duì)土壤電阻率的影響也較大。一般來說，土壤電阻率隨溫度的升高而下降。

（4）土壤致密性的影響

土壤的致密與否對(duì)土壤電阻率也有一定的影響。試驗(yàn)表明，當(dāng)粘土的含水量為10%，溫度不變，單位壓力由1961Pa增大10倍到19610Pa時(shí)，ρ可下降到原來的65%。因此，為了減少接地電極的流散電阻，必須將接地體四周的回填土夯實(shí)，使接地極與土壤緊密接觸，從而達(dá)到減小土壤電阻率的效果。

（5）土壤致密性的影響

季節(jié)因素的影響季節(jié)的變化也將引起土壤電阻率的變化。季節(jié)不同，土壤的含水量和溫度也就不同，影響土壤電阻率最明顯的因素就是降雨和冰凍.在雨季，由于雨水的滲入，地表層土壤的ρ降低，低于深層土壤；在冬季，由于土壤的冰凍作用，地表層土壤的ρ升高，高于深層土壤。這樣，使土壤由原來的均勻結(jié)構(gòu)變成了分層的不均勻結(jié)構(gòu)，引起ρ的變化。多年凍土的ρ極高，可達(dá)沒有凍土?xí)r的幾十倍。

2 減小土壤電阻率的主要措施

由于土壤電阻率的大小直接關(guān)系到接地裝置接地電阻的大小，而出于安全要求，接地電阻必然是越小越好，因而要求土壤電阻率也要越小越好。當(dāng)接地點(diǎn)的土壤（如巖石、碎石沙和長(zhǎng)期冰凍的土壤）電阻率較高時(shí)，為了滿足接地電阻的要求，須采取措施來降低土壤的電阻率，這些措施包括：

（1）換土 用電阻率較低的黑土、粘土和砂質(zhì)粘土等替換電阻率較高的土壤。一般換掉接地體上部約三分之一長(zhǎng)度、周圍0.5米以內(nèi)的土壤。

（2）深埋 如果接地點(diǎn)的深層土壤電阻率較低，可適當(dāng)增加接地體的埋入深度。深埋還可以不考慮土壤凍結(jié)和干枯所增加電阻率的影響。

（3）外引接地 通過金屬引線將接地體埋設(shè)在附近土壤電阻率較低的地點(diǎn)。

（4）化學(xué)處理 在接地點(diǎn)的土壤中混入爐渣、木炭粉、食鹽等化學(xué)物質(zhì)，以及采用專用的化學(xué)降阻劑，可以有效地降低土壤電阻率。

（5）保土 采取措施保持接地點(diǎn)土壤長(zhǎng)期濕潤(rùn)。

3 測(cè)量土壤電阻率的主要方法

3.1 測(cè)量方法

土壤電阻率的影響因子有：土壤類型、含水量、含鹽量、溫度、土壤的緊密程度等化學(xué)和物理性質(zhì)，同時(shí)土壤電阻率隨時(shí)深度變化較橫向變化要大很多。因此，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的分析應(yīng)進(jìn)行相關(guān)的校正。

土壤電阻率的測(cè)量方法很多，如地質(zhì)判定法、雙回路互感法、三極法以及四極電測(cè)深法等。其中四極電測(cè)深法通過實(shí)踐檢驗(yàn)，其準(zhǔn)確性完全能滿足工程計(jì)算要求，這種測(cè)量方法所需儀表設(shè)備少，操作簡(jiǎn)單。

3.2 四極電測(cè)深法的原理

四極法是通過接地電極將直流電供入地下，建立穩(wěn)定的人工電場(chǎng)，在地表觀測(cè)某點(diǎn)在垂直方向的電阻率變化。如圖1所示:

圖1 四極法測(cè)試原理圖

測(cè)量的時(shí)候先在地面插入四個(gè)電極A、B、C、D，埋入深度一致，使用穩(wěn)壓電源E 向外側(cè)電極A和B施加電流I，電流由電極A流入，由電極B返回電源。這時(shí)電流場(chǎng)將在電極上產(chǎn)生電勢(shì)，可以用電位差計(jì)或者高電阻電壓表測(cè)量電極C和電極D間的電位差。

用四極法測(cè)量土壤電阻率時(shí)，應(yīng)注意電流極之間的距離不宜太大，一般不超過300m，否則引線間互感將對(duì)測(cè)量結(jié)果造成較大的影響。

3.3 測(cè)量方法

（1）打開儀表電源，先機(jī)械調(diào)零，使指針指在零點(diǎn)。

（2）把四根導(dǎo)線一端插在儀器端鈕上，另一端連接好極棒。

（3）將四根極棒插入土壤中，布設(shè)在一條直線上，插入深度相同，插入間距相等為 a。

（4）按START鍵開始測(cè)量并查看結(jié)果。

3.4 測(cè)量結(jié)果計(jì)算

（Ω·m） （1）

式中：ρ — 土壤電阻率（Ω·m） ；

R — 測(cè)得電阻值（Ω） ；

a — 測(cè)試電極間距（m） ；

b— 測(cè)試電極入地深度（m） 。

一般測(cè)試電極入地深度b不超過 0.1a時(shí)，可假定b＝0，則計(jì)算公式可簡(jiǎn)化為：

（Ω·m） （2）

3.5測(cè)量結(jié)果修正

土壤電阻率應(yīng)在干燥季節(jié)或天氣晴朗多日后進(jìn)行，因此土壤電阻率應(yīng)是所測(cè)的土壤電阻率數(shù)據(jù)中最大的值，為此應(yīng)按下列公式進(jìn)行季節(jié)修正：

表2根據(jù)土壤性質(zhì)決定的季節(jié)修正系數(shù)表

4 結(jié)論

本文介紹了土壤電阻率的影響因素、改良措施和主要測(cè)量方法。土壤電阻率的大小直接關(guān)系到接地裝置接地電阻的大小，而接地電阻又直接關(guān)系到所連接生產(chǎn)設(shè)備的安全運(yùn)行。及時(shí)測(cè)得土壤電阻率，有助于采取相應(yīng)措施改良接地電阻，從而保證生產(chǎn)設(shè)備的安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 李志江等，防雷設(shè)計(jì)中土壤電阻率及其測(cè)量[J]，遼寧氣象，2001