一種土壤富裡酸含量的檢測方法與流程
2023-04-29 18:20:57 2
本發明屬於土壤養分檢測技術領域，具體涉及一種土壤富裡酸含量的檢測方法。
背景技術：
富裡酸(Fulvic acid，簡稱FA)屬於腐植酸的一種，別名為黃腐殖酸，是土壤腐植質的組成成分之一。顏色較淺，多呈黃色。主要由碳、氫、氧和氮等元素構成，碳氫比值較低，分子式為C14H12O8溶解能力強，移動性大，對某些土壤的淋溶和沉積起很大作用，可以改善土壤環境。特性為低分子量和高生物活性。由於低分子量的特性，它能很好的粘貼及融合礦物質和元素到它的分子結構中，擁有很好的溶解性和流動性。富裡酸在土壤中的吸附作用影響著其肥力和土壤環境，這種吸附作用強弱與富裡酸含量有著密切關係。
因此，測定土壤中富裡酸的含量，對於了解土壤的環境狀況和肥力狀況具有及其重要的意義。但是現有的土壤富裡酸含量的檢測方法需要配製化學試劑，測定過程中化學尾液排放對環境的汙染和對人體的傷害，而且存在操作步驟繁瑣，檢測時間長的缺陷。因此，有必要開發一種無汙染、操作簡便、快速精確的土壤富裡酸含量的檢測方法。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種土壤富裡酸含量的檢測方法，解決了現有檢測方法測定過程中化學尾液排放對環境的汙染和對人體的傷害，而且存在操作步驟繁瑣，檢測時間長的問題。
本發明提供的一種土壤富裡酸含量的檢測方法，包括以下步驟：
步驟1，採集所需測定富裡酸含量的土壤樣品；
步驟2，將土壤樣品除雜質、風乾、研磨，最後於45-55℃條件下乾燥2h，得到待測土壤；
步驟3，測定待測土壤在350-2500nm波段的反射率，得到350-2500nm波段的反射率數據；
步驟4，對350-2500nm波段的反射率數據進行多元散射校正後，採用小波降噪，再進行平滑處理；
步驟5，提取待測土壤在1169nm、1170nm、1345nm、1346nm、1347nm、1348nm、1785nm波長的反射率數據；
步驟6，將提取的反射率數據代入土壤富裡酸含量檢測模型：
Y＝-142.792x1-139.9806x2+100.1432x3+104.7488x4+114.9741x5+114.8355x6-152.3276x7-1.06591，計算得出該土壤樣品的富裡酸含量；
其中，Y為富裡酸含量，單位為g/kg；x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7分別為待測土壤在1169nm、1170nm、1345nm、1346nm、1347nm、1348nm、1785nm波長的反射率。
優選的，步驟2中，將土壤樣品於室內風乾，並且研磨後過孔直徑為2mm的篩。
優選的，步驟3中，所述光譜反射率的測定儀器為美國ASD公司生產的QualitySpec Trek手持式光譜儀，其光譜解析度在350-700nm為3nm，701-1400nm為9.8nm，1401-2500nm為8.1nm。
優選的，步驟3中，將待測土壤平鋪於直徑為5cm的漆黑的培養皿中，測定時，保持室內環境溫度恆定，控制好QualitySpec Trek手持式光譜儀的探頭與待測土壤表面的距離，使探頭內置光源不漏光。
優選的，將待測土壤平鋪於直徑為5cm的培養皿後，待測土壤的厚度為10-15mm。
優選的，步驟4中，所述平滑處理採用的方法為Savitzky-Golay Smoothing，平滑窗口為7。
優選的，步驟5中，1169nm、1170nm、1345nm、1346nm、1347nm、1348nm、1785nm波長的反射率數據，分別為同一待測土壤重複4次測定的反射率數據的平均值。
本發明土壤富裡酸含量的檢測方法，實現了土壤中富裡酸含量的快速準確檢測，不需要配製任何化學試劑，避免了測定過程中化學尾液排放對環境的汙染和對人體的傷害，同時也大大簡化了操作步驟，縮短了檢測時間。能滿足農業生產中土壤富裡酸數據測定的需求，提供了快速獲取施肥量依據的手段，適合推廣應用。
附圖說明
圖1土壤富裡酸實測值與檢測值散點圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例，對發明的具體實施方式進行詳細描述，但應當理解本發明的保護範圍並不受具體實施方式的限制。
實施例1
步驟1，採集所需測定富裡酸含量的土壤樣品，土壤樣品取樣深度為20-40cm，由於採樣區域內不同位置土壤的富裡酸含量有所不同，為了更加準確的得出該區域土壤中的富裡酸含量，為了驗證該方法的可行性和可重複性，我們共採集了80個土壤樣品進行測定。
步驟2，將土壤樣品除雜質，置於室內風乾，用研缽研磨，然後過孔直徑為2mm的篩，最後於50℃條件下乾燥2h，得到待測土壤。
所述雜質為石子、肉眼可見的植物根系和枯枝落葉。
需要說明的是，45-55℃之間的任一溫度均可用於乾燥土壤樣品，且能達到同樣的效果，故本實施例僅以50℃為例，說明本發明的步驟。
步驟3，將待測土壤平鋪於直徑為5cm的漆黑的培養皿中，且待測土壤平鋪於直徑為5cm的培養皿後，待測土壤的厚度為15mm，測定時，保持室內環境溫度恆定，控制好QualitySpec Trek手持式光譜儀的探頭與待測土壤表面的距離，使探頭內置光源不漏光，然後用美國ASD公司生產的QualitySpec Trek手持式光譜儀測定待測土壤在350-2500nm波段的反射率，得到350-2500nm波段的反射率數據。
需要說明的是，只要將土壤鋪滿平板就可以用於測定反射率，優選的，待測土壤的厚度為10-15mm，上述條件均能達到同樣的效果，故本實施例僅以15mm為例，說明本發明的步驟。
需要說明的是，ASD公司生產的QualitySpec Trek手持式光譜儀中，光譜解析度在350-700nm為3nm，701-1400nm為9.8nm，1401-2500nm為8.1nm。
步驟4，對350-2500nm波段的反射率數據進行多元散射校正後，採用小波降噪，再進行平滑處理，平滑處理採用的方法為Savitzky-Golay Smoothing，平滑窗口為7；
步驟5，提取待測土壤在1169nm、1170nm、1345nm、1346nm、1347nm、1348nm、1785nm波長的反射率數據；
步驟6，將提取的反射率數據代入土壤富裡酸含量檢測模型：
Y＝-142.792x1-139.9806x2+100.1432x3+104.7488x4+114.9741x5+114.8355x6-152.3276x7-1.06591，計算得出該土壤樣品的富裡酸含量；
其中，Y為富裡酸含量，單位為g/kg；x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7分別為待測土壤在1169nm、1170nm、1345nm、1346nm、1347nm、1348nm、1785nm波長的反射率。
需要說明的是，為了更準確的檢測每一個土壤樣品的富裡酸含量，我們對同一土壤樣品重複4次測定，得到4組350-2500nm波段的反射率數據，並對每組350-2500nm波段的反射率數據進行多元散射校正後，採用小波降噪，再進行平滑處理；分別提取4次測定的同一土壤樣品在1169nm、1170nm、1345nm、1346nm、1347nm、1348nm、1785nm波長的反射率數據，分別取對應波長的平均值，帶入土壤富裡酸含量檢測模型，即得到一個土壤樣品的富裡酸含量。
表1是利用室內化學測定法獲取的80個土壤樣品富裡酸含量的真實值與利用實施例1的方法得到的檢測值的統計數據，從表1可知，80個土壤樣品真實值與檢測值的平均值、最大值、最小值均非常相近；圖1是土壤樣品富裡酸含量檢測值與真實值的擬合程度。真實值與檢測值之間的決定係數(R2)達到0.52，均方根誤差(RMSE)僅有0.36g/kg，平均絕對誤差(MAE)只有0.27g/kg，標準差與均方根誤差比(RPD)達到1.56，根據RPD評價標準，RPD>1.4，則說明模型具有較好預測的能力。該結果表明，本發明的方法可以準確、快速的檢測土壤樣品富裡酸含量。
表1土壤富裡酸含量檢測結果
儘管已描述了本發明的優選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優選實施例以及落入本發明範圍的所有變更和修改。
顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。