[发明专利]一种土壤预处理与养分近红外光谱检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及土壤成分检测技术领域，具体涉及一种土壤样本预处理方法及利用近红外光谱检测土壤中氮素含量的方法。

背景技术

土壤是大部分作物养分来源的基质，是重要的物质与能量交换场所。氮元素含量是衡量土壤肥力的重要指标，也是作物生长所需的重要养分来源，土壤的氮素水平是影响作物生长的关键因素。因此，快速、准确地获取土壤中的氮元素含量对了解土壤养分信息、实时调控施肥量都具有重要的指导意义。按照作物需求精确施肥能够在满足作物养分需求的同时，减少对环境造成的化学污染。传统上利用干烧测定法等化学手段检测土壤中氮元素含量的方法检测结果较为精确，但整个检测过程复杂，检测时间长并且普遍需要破坏样本，经济效益低。利用近红外传感器检测土壤总氮含量以其无损、快速、便携的优势受到广泛重视，满足精准农业快速、准确和实时的要求，广泛应用于土壤的氮元素含量检测中。

利用近红外光谱技术能够快速检测土壤中的氮元素含量，检测过程快速、准确、无污染。近年来，国内外很多学者应用近红外光谱技术对土壤中的氮素进行了相关研究。

首先，在近红外检测方面，何勇等人采用近红外光谱技术对土壤氮、磷、钾、有机质和pH值进行了检测，证明土壤的反射率光谱与总氮之间存在显著的相关性，应用可见/近红外光谱可以预测土壤总氮和有机质等养分。Shi等采用多元线性回归方法基于可见/近红外光谱估测土壤总氮含量，提出1450nm、1850nm、2250nm、2330nm和2430nm为近红外光谱检测土壤总氮的有效波长，可以用来建模分析。Cecillon等采用近红外光谱分析技术，基于主成分分析和遗传算法估算了土壤中有机质并提取相关特征波长。

其次，在水分对近红外检测土壤氮素方面，曾静等人利用MPA傅里叶近红外传感器对不同含水量的紫色土壤进行近红外光谱采集，表明在同一有机质含量水平下，含水量增加，土壤吸光度呈非线性上升趋势，且在较高水分条件下，模型预测精度低。Liu等人比较了4种光谱转移策略的性能以降低土壤水分对总氮预测的影响，表明正交信号校正和广义最小二乘加权这两种光谱转移策略能够更好地消除土壤水分的影响。

最后，在土壤颗粒对近红外检测土壤氮素的影响方面，Annia Garcia等人研究发现，土壤粒径及含水量的大小对土壤光谱特性影响较大。当土壤含水量较大时，会影响近红外光谱预测土壤全氮含量的精度。

上述研究结果表明，利用近红外光谱能够检测土壤氮素并且国内外研究学者从土壤的预处理、光谱数据处理、特征波段选取以及建模方法优化等方面来提升检测土壤氮素的精度，但检测精度仍需进一步提升。

发明内容

本发明提供了一种用于近红外光谱检测的土壤样本预处理方法，提高土壤氮素含量检测的精度。

一种用于近红外光谱检测的土壤样本预处理方法，包括：

步骤1，对土壤样本进行筛分，得到粒径大小在0.18mm～0.28mm之间的土壤样本；

步骤2，对步骤1中筛选得到的土壤样本进行压片，得到土壤样本压片；步骤3，对土壤样本压片进行烘干，烘干温度为80～100℃，烘干时间为2.5～3.5小时，得到预处理后的土壤样本。

作为优选，步骤1中，依次利用80目筛网和60目筛网对土壤样本进行筛分，得到不能通过80目筛，能通过60目筛的土壤样本，即为所述粒径大小在0.18mm～0.28mm之间的土壤样本。

作为优选，每个土壤样本压片的尺寸为10mm×10mm×2mm。

作为优选，每个土壤样本压片烘干之前的质量为100g。

作为优选，步骤3中，烘干温度为80～90℃。

作为优选，步骤3中，烘干时间为2.5～3h。

本发明通过对土壤样本的颗粒大小，烘干时间，进行近红外光谱检测时的样本形态进行优选，定量探究三者对利用近红外检测土壤氮素含量时的影响，采用更加节约时间和人力的处理方式，满足实际应用时，实时在线检测土壤氮素含量的需求，对应用近红外光谱分析技术精确实现土壤氮素等养分的快速检测以研发快速检测装置具有重大的价值。

本发明还提供了一种利用近红外光谱检测土壤中氮素含量的方法，包括：

步骤1，采用所述的土壤样本预处理方法对土壤样本进行处理；

步骤2，采集预处理后的土壤样本的近红外光谱；

步骤3，将步骤2的光谱数据代入表征光谱数据和氮元素含量关系的关系模型中，得到土壤样本中的氮元素含量。

作为优选，关系模型的建立包括以下步骤：

步骤a、利用60目筛网对土壤样本进行筛分；